Кибернетический подход к описанию систем

Кибернетический подход к описанию систем состоит в том, что всякое целенаправленное поведение рассматривается как управление. Управление – в широком, кибернетическом смысле – это обобщение приемов и методов, накопленных разными науками об управлении искусственными объектами и живыми организмами.

Под управлением будем понимать процесс организации такого целенаправленного воздействия на некоторую часть среды, называемую объектом управления, в результате которого удовлетворяются потребности субъекта, взаимодействующего с этим объектом.

Анализ управления заставляет выделить тройку – среду, объект и субъект, внутри которой разыгрывается процесс управления (рис.15). В данном случае субъект ощущает на себе воздействие среды Х и объекта У. Если состояние среды Х он изменить не может, то состоянием объекта У он может управлять с помощью специально организованного воздействия U. Это и есть управление. Состояние объекта Y влияет на состояние потребностей субъекта. Потребности субъекта где – состояние i-й потребности субъекта, которая выражается неотрицательным числом, характеризующим насущность, актуальность этой потребности. Свое поведение субъект строит так, чтобы минимизировать насущность своих потребностей, т. Е. решает задачу многокритериальной оптимизации:

Рис. 1. Кибернетический подход к процессу управления

где R – ресурсы субъекта. Эта зависимость выражает неизвестную, но существующую связь потребностей с состоянием среды Х и поведением U субъекта.

Пусть – решение задачи (32), т. Е. оптимальное поведение субъекта, минимизирующее его потребности А. Способ решения задачи (32), позволяющий определить , называется алгоритмом управления

где j – алгоритм, позволяющий синтезировать управление по состоянию среды Х и потребностей А_t,. Потребности субъекта изменяются не только под влиянием среды или объекта, но и самостоятельно, отражая жизнедеятельность субъекта, что отмечается индексом t.

Алгоритм управления j, которым располагает субъект, и определяет эффективность его функционирования в данной среде. Алгоритм имеет рекуррентный характер:

т. Е. позволяет на каждом шаге улучшать управление. Например, в смысле

,

т. Е. уменьшения уровня своих потребностей.

Процесс управления как организация целенаправленного воздействия на объект может реализовываться как на интуитивном, так и на осознанном уровне. Осознанное удовлетворение потребностей заставляет декомпозировать алгоритм управления и вводить промежуточную стадию – формулировку цели управления, т. Е. действовать по двухэтапной схеме:

На первом этапе определяется цель управления , причем задача решается на интуитивном уровне:

,

где j₁ – алгоритм синтеза цели Z* по потребностям А_t и состоянию среды X. На втором этапе определяется управление , реализация которого обеспечивает достижение цели, сформированной на первой стадии

где j₂ – алгоритм управления. Этот алгоритм и есть предмет изучения кибернетики как науки.

C помощью СУ, обычно решается четыре основных типа задач, определяемых характером задающего воздействия х как функции времени.

1. Задача стабилизации (х =const). Это одна из наиболее распространенных задач, встречающихся при автоматизации различных процессов

Примером системы стабилизации может служить система регулирования температуры, напряжения и т.д.

2. Задача программного управления (закон изменения величины х по времени заранее известен). В этом случае управление осуществляется по заданной программе. Например, такие задачи решаются автопилотом, системой управления стиральной машины.

3. Задача слежения. В этой задаче закон изменения х= х(t) неизвестен. Системы автоматического управления, решающие такие задачи называются следящими системами. Системы управления радиолокационными станциями относятся к следящей системе.

4. Задача оптимального управления. Суть управления заключается в том, что некоторый параметр поддерживается на максимальном или минимальном уровне, обеспечивающем максимальную эффективность системы. Примером может служить система поддерживающая максимальную скорость протекания химических реакций в различных технологических процессах.

7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ

В общем случае оценка эффективности системы проводится как оценка двух аспектов:

1. исхода (результатов) операции;

2. алгоритма, обеспечивающего получение результатов.

Качество исхода операции и алгоритм, обеспечивающий получение результатов, оцениваются по показателям качества операции, к которым относят результативность, ресурсоемкость и оперативность.

Результативность Э операции обусловливается получаемым целевым эффектом, ради которого функционирует система.

Ресурсоемкость R характеризуется ресурсами всех видов (людскими материальнотехническими, энергетическими, информационными, финансовыми и т.п.), используемыми для получения целевого эффекта.

Оперативность О определяется расходом времени, потребного для достижения цели операции.

Оценка исхода операции (аспект 1) учитывает, что операция проводится для достижения определенной цели – исхода операции. Под исходом операции понимается ситуация (состояние системы и внешней среды), возникающая на момент ее завершения.

Для количественной оценки исхода операции вводится понятие показателя исхода операции (ПИО), вектора, Y_исх = <Y_Э, Y_R, Y_O>, компоненты которого суть показатели его отдельных свойств, отражающие результативность, ресурсоемкость и оперативность операции.

Оценка алгоритма функционирования (аспект 2) является ведущей при оценке эффективности.

В совокупности результативность, ресурсоемкость и оперативность порождают комплексное свойство – эффективность процесса Y_эф – степень его приспособленности к достижению цели. Это свойство, присущее только операциям, проявляется при функционировании системы и зависит как от свойств самой системы, так и от внешней среды.

В литературе термин «эффективность» связывается и с системой, и с операцией, и с решением. Образуемые при этом понятия можно считать эквивалентными. В конечном счете, каждое из них отражает соответствие исхода операции поставленной цели.

Выбор критерия эффективности – центральный, самый ответственный момент исследования системы.

Считается, что гораздо лучше найти неоптимальное решение правильно выбранному критерию, чем наоборот – оптимальное решение при неправильно выбранном критерии.

Все показатели существенных свойств систем можно разделить на три группы:

· общесистемные свойства целостность, устойчивость, наблюдаемость, управляемость, детерминированность, открытость, динамичность и др.;

· структурные свойства состав, связность, организация, сложность, масштабность, пространственный размах, централизованность, объем и др.;

· функциональные (поведенческие) свойства результативность, ресурсоемкость, оперативность, активность, мощность, мобильность, производительность, быстродействие, готовность, работоспособность, точность, экономичность и др.

Процесс выбора критерия эффективности, как и процесс определения цели, является в значительной мере субъективным, творческим, требующим в каждом отдельном случае индивидульного подхода (решение экспертов). Наибольшей сложностью отличается выбор критерия эффективности решений в операциях, реализуемых иерархическими системами.

Математическое выражение критерия эффективности называют целевой функцией, поскольку ее экстремизация является отображением цели операции. Отсюда следует, что для формирования критерия эффективности решений в операции прежде всего требуется определить поставленную цель. Затем нужно найти множества управляемых и неуправляемых характеристик системы, реализующей операцию. Следующий шаг – определение показателей исходов операции. Только после этого возможны выбор и формирование критерия эффективности. Показатели (функции показателей) исходов операции, на основе которых формируется критерий эффективности, принято называть показателями эффективности. В отдельных операциях показатель исхода операции может прямо выступать критерием эффективности.

Дата добавления: 2015-10-21