Системний аналіз багаторівневих ієрархічних структур

Сучасний етап розвитку автоматизації виробництва характеризується впровадженням складних систем управління, які реалізуються за допомогою багаторівневих ієрархічних структур на основі комп’ютерних мереж різного рівня та призначення. В основі розробки таких структур лежить поняття ієрархії підзадач (функцій), які розв’язуються системою, із своїми об’єктами та критеріями. Ця ієрархія відображається в ієрархії математичних моделей з відповідними обмеженнями та ієрархії технічних засобів. Ієрархічні структури (системи) управління мають такі суттєві характеристики:

- послідовне вертикальне розташування підсистем, які складають систему (вертикальна декомпозиція);

- пріоритет дій або права втручання підсистем верхнього рівня;

- залежність дій підсистем верхнього рівня від фактичного виконання нижніми рівнями своїх функцій.

Названі особливості потребують спеціальних підходів до матема-тичного опису процесу функціонування складної системи управління, на основі якої можна було б виявити залежності показників ефективності від параметрів системи і зовнішнього середовища, її структури та алгоритмів взаємодії елементів. Крім того, математичні моделі дають можливість розв’язати головну системотехнічну задачу – синтез оптимальної структури. Це можливо лише на основі багаторівневого ієрархічного опису із застосуванням різних формальних мов, що дає можливість подати досліджувану систему як елемент (підсистему) більш широкої системи: розглядати її як єдине ціле; визначити структуру з необхідним ступенем деталізації. Для можливості забезпечення потрібної точності та зручності, урахування багатьох характеристик системи використовують різні рівні опису. Перший рівень відповідає інформаційному опису, тобто розглядаються інформаційні зв’язки системи із зовнішнім середовищем та її роль в отриманні та переробці інформації. Другий рівень виявляє множину функціональних елементів та відносини між ними. Третій рівень – системотехнічних опис, що дає можливість визначити технічну структуру системи із відповідними засобами.

Багаторівневий опис системи має ряд загальних властивостей:

- вибір рівня опису залежить від мети дослідження, розробка моделей на різних рівнях може проводитись паралельно, незалежно;

- вимоги до умов роботи підсистем верхнього рівня виступають як обмеження підсистем нижнього рівня;

- на нижніх рівнях опису виконується найбільша деталізація, але призначення і зміст системи розкриваються на верхніх рівнях.

При фукціонуванні складної системи управління виникає ряд особливостей, пов’язаних із взаємодією підсистем:

- на верхньому рівні функціонують більш крупні підсистеми, що визначає більш широкі аспекти поведінки системи в цілому. Підсистема верхнього рівня є “командною” по відношенню до інших та координує роботу підсистем нижнього рівня;

- період прийняття рішень на верхньому рівні завжди більший, ніж на нижніх. При цьому необхідно враховувати таку обставину: сигнали з верхнього рівня не можуть поступати частіше, ніж інформація від нижніх, тому що в іншому випадку координації нижніх підсистем не буде;

- підсистема верхнього рівня завжди має справу з більш повільними аспектами поведінки усієї системи, вона завжди очікує результати реакції підсистем нижніх рівнів, наприклад реакцію підсистем різних рівнів можна розбити за частотою діючих збурень;

- на верхніх рівнях опис та проблеми менш структуровані, мають більше невизначеностей, більш складні для формалізації. Таким чином, проблеми прийняття рішень на верхніх рівнях більш складні.

Функціональні структури складних систем управління включають ряд задач (підзадач), розташованих на різних рівнях ієрархії: стабілізація технологічних режимів технологічних агрегатів, автоматичне регулювання технологічних змінних, програмно-логічне управління, блокування, сигналізація; оптимізація технологічних режимів; координація функціонування підсистем; прийняття рішень в умовах невизначеності за допомогою інтелектуальних підсистем підтримки прийняття рішень, в тому числі експертних систем.

Основні задачі управління розглядаються та використовуються як на стадії проектування, так і в період експлуатації.

На стадії проектування розв’язуються задачі:

синтеза структури, вибору технічних засобів, алгорит-мічного, інформаційного, програмного і технічного забезпечення на всіх рівнях ієрархії;

декомпозиція об’єктів та задач управління;

оцінка економічної ефективності алгоритмів управління.

До задач управління на стадії експлуатації відносять в першу чергу аналіз збурень: їх амплітуда, частотний спектр, період виникнення суттєво впливають на сукупність задач управління:

отримання та первинна обробка інформації;

регулювання та програмно-логічне управління;

оптимізація режимів;

координація роботи підсистем;

оперативне управління.

Поиск по сайту: