КЛАССИФИКАЦИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ СОСТОЯНИЙ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Полный текст

Введение Анализ работ, посвященных организационным [1] и организационно-техническим системам с управлением [2] позволяет представить упрощенную структуру системы с иерархическим управлением в виде рисунка 1. Рисунок 1. Упрощенная обобщенная структура системы с управлением Субъект, как лицо принимающее решение (далее ЛПР), оснащенный средствами вычислительной техники является организационно-технической подсистемой, выполняющей функции по определению стратегии и тактических схем достижения поставленных целей на основе анализа сложившейся ситуации и текущих результатов взаимодействия с наблюдаемым и управляемым объектом. Формирователь управляющих воздействий (далее ФУВ) представляет собой исполнительную организационно-техническую подсистему, которая в режиме реального времени, на основе заданных ЛПР в решении начальными граничными условиями и способами преобразования выделенных ресурсов, реализует вектор физических управляющих воздействий : (1) В общем виде цель управления можно определить, как обеспечение в режиме реального времени нахождение значений параметров в заданных интервалах с вероятностью . Цель работы - классифицировать состояния организационно-технических систем управления и совокупность параметров для их идентификации в интересах повышения эффективности взаимодействия с объектом управления (ОУ). Предлагаемое решение задачи Режим реального времени сохраняется при условии , (2) где: - усредненное время изменения состояния объекта управления, как подсистемы, под действием внешних и внутренних факторов; - усредненное время, необходимое ЛПР на принятие решения , на основании текущих: ситуации и состояния объекта управления; - усредненное время необходимое ФУВ для формирования , на основании текущих: решения ЛПР , значений контролируемых неуправляемых и управляющих внешних воздействий на объект управления и его состояния. Таким образом объект управления принимает состояние, соответствующее , за время, определяемое как . Совокупность ЛПР и ФУВ образуют организационно-техническая систему управления. Текущее состояние ФУВ полностью определяется совокупностью выходных параметров вида (1). Одним из аспектов принимаемых решений [1] рассматривается мотивация исполнителей организационной составляющей ФУВ к требуемому качеству исполнения . В силу накопленного опыта и психологических факторов на состав, количество и способ использования ресурсов, выделяемых для решения задач управления, влияет мотивация ЛПР [3-5]. Кроме величины предотвращённого риска/полученного выигрыша от взаимодействия с объектом управления на мотивацию ЛПР оказывает влияние текущее значение эффективности системы управления. В соответствии с системным принципом [2], эффективность системы управления связана со степенью достижения цели функционирования всей системы с управлением. Поэтому текущее значение эффективности можно определить, как , (3) где: ; - число параметров вектора ; - текущее приращение функции полезности для ЛПР изменений параметров ; - приращение -го параметра , являющееся одной из причин появления . Выражение (3) определяет характер влияния на . Для наглядности рассмотрим частный случай , для которого оно приобретает вид: (4) Из (4) следует, что снижается, если, по достижении определенного предела , дальнейшее увеличение не приводит к увеличению то есть наступает насыщение по . В зависимости от характера неопределенности складывающейся ситуации и стремления ЛПР повысить , задачи в рамках перераспределяются между организационной и технической составляющими ФУВ следующим образом. Если ; , где: ; - число параметров вектора , то при одинаковых значениях предотвращенного риска (полученного выигрыша) предпочтение будет отдано альтернативе , которая обеспечивает большую . Таким образом, мотивация ЛПР представляет собой один из внутренних факторов, зависящих от и посредством влияния на выбор альтернативы . Постулируем утверждение: «Системы с управлением, в которых законы функционирования и способы использования ресурсов не противоречат объективным законам, будет достигать целей при минимальном потреблении ресурсов». И наоборот: «Для достижения целей с нарушением объективных законов потребуется предельно большое количество ресурсов». Принимаем допущения: - цели управления не изменяются на интервале времени ; - детерминированно определяет функционал в (1) и способы использования ресурсов при формировании ; - функционал и способы использования ресурсов ФУВ не изменяются в интервале времени ; - внутренние и внешние факторы системы с управлением имеют как случайную, так и нестохастическую природу, определяя ситуацию, в которой реализуются функции управления. Принято считать [2], что если внешняя и внутренняя среды системы с управлением статистически устойчивы, то неопределенность приобретает случайный характер, в противном случае, неопределенность становится нестохастической. Как правило, в таких ситуациях ЛПР перераспределяет функций между составляющими ФУВ и корректирует тактические схемы, приводящие объект управления в требуемое состояние. Вероятность принятия верных решений становится субъективной [1]. При этом для объекта управления, как подсистемы, является внешним фактором, неопределенность которого, в силу допущения о детерминированности функционала в (1) и способов использования ресурсов при формировании , определяется характером неопределенности [6]. Одновременно является выходным воздействием всей системы управления, поэтому наблюдаемость и идентификация состояний ФУВ полностью определяет ее состояние. В структуре системы управления на рисунке 1 решение для ФУВ принимает ЛПР на основе результатов, полученных на предшествующем этапе управления , и применения обобщенного критерия для : , где: - усредненное время изменения состояния объекта управления, как подсистемы, под действием внешних и внутренних факторов. Вектор, решения ЛПР может быть представлен в комплексном виде как , (5) где - текущее значение вектора решения ЛПР; - текущий баланс ресурсов, выделенных ФУВ для формирования , включает ресурсы оставшиеся в распоряжении ФУВ от формирования , и ресурсы предоставленные ФУВ субъектом управления в текущий момент времени; - мнимая составляющая, определяющая, уровень объективности в (1) и технологичность способов использования ресурсов при формировании . Соотношение задает циклическую переменную , смысл которой определяется диалектикой развития систем. В результате реализации на выходе ФУВ появляется . В зависимости от характера неопределённости ситуации, в которой принимается через будем обозначать объективную либо субъективную вероятность того, что управляющее воздействие находится в области, обеспечивающей требуемые диапазоны рассеивание . Рисунок 2. Влияние параметров на вероятность того, что выходные параметры будут обеспечивать достижение цели системы управления Субъективная вероятность является вероятностной мерой на множестве событий [7], удовлетворяющей той же системе аксиом, что и вероятность объективная. С этой точки зрения она ничем не отличается от объективной вероятности [8]. Тогда зависимость между параметрами принятого решения и управляющего воздействия можно представить в виде , (6) где - объективная (субъективная) вероятность того, что не обеспечивает достижения целей системы управления. Зависимость (6) является инвариантной для любой организационно-технической системы управления. На рисунке 2 в фазовой плоскости состояний системы управления построена диаграмма, иллюстрирующая зависимость (6). Согласно рисунку 2 и зависимости (6) ; (7) (8) Если ограничить вектор значениями на уровне ±100% при полной свободе выбора в цикле управления функционала и способов преобразования ресурсов в , что соответствует = ±100%, то характер изменения в квадрантах фазовой плоскости состояний ФУВ будет отражать поверхность, изображенная на рисунке 3. Рисунок 3. Изменение состояния ФУВ в виде функции от выделенных ресурсов и способов их преобразования в управляющее воздействие W(t). Рисунок 4. График зависимости (8) Анализ графика на рисунке 4 показывает, что характеризует определенность, с которой параметры обеспечивают требуемую вероятность нахождения параметров в заданных интервалах и представляет собой функцию от вероятности такого события, являющуюся инвариантом для систем управления, работающих в условиях неопределенности. Важно отметить, что определенность нахождения выходных параметров системы, изменяется в пределах 0,7 … 1. Графики, отражающие влияние на , построенные на основании зависимостей (7) и (8) приведены на рисунке 5. Рисунок 5. Зависимость соотношения объективных (субъективных) вероятностей, с которыми ФУВ обеспечивает нахождение объекта управления в заданном состоянии и вне его, определяемая углом , а также определенности , с которой ФУВ обеспечивает нахождения выходных параметров формирователя управляющих воздействий в требуемом интервале, от циклической переменной , задающей состояние ФУВ. Анализ графиков на рисунке 5 показывает, что - вектор состояния ОУ не зависит от модуля , а полностью определяется соотношением ; - при монотонном характере частота изменения соотношения не менее чем в два раза меньше частоты изменения состояний ФУВ и не менее чем в четыре раза меньше частоты изменения определенности параметров управляющих воздействий . Это обстоятельство особенно важно учитывать при построении дискретных систем с управления. ЛПР принимает решения, которые реализуются как организационной, так и инженерно-техническую составляющей ФУВ. Поэтому ЛПР определяет долю участия каждой из составляющей ФУВ в реализации принятого решения. Работа в режиме реального времени (2) требует от систем управления изменения их состояния исходя из сложившейся ситуации. Неопределенность ситуаций, в которых принимаются A(t), предполагает возможность резких изменений в характере W(t). Практическая интерпретация полученных результатов Если допустить что монотонно возрастает, то значения осей и в (5) и результаты анализа графиков рисунков 2-3 позволяют в рамках формирования общего представления о системе управления [2] охарактеризовать изменения состояния ФУВ в квадрантах фазовой плоскости. Положительное направление оси соответствует положительному балансу ресурсов при формировании , то есть имеется превышение ресурсов полученных на выходе ОУ от реализации над затратами ресурсов на реализацию . Положительное направление соответствует росту объективности способов преобразования ресурсов при формировании . В начале координат система управления начинает существовать. ЛПР, мотивированный на создание системы управления, реализует организационно-техническую структуру ФУВ, изначально обеспечивая положительный баланс ресурсов формирования . При этом основные функции выполняются технической составляющей ФУВ, применяющей известные способов использования ресурсов в режиме реального времени, что обеспечивает в исходной ситуации . Достижение цели управления при изменении ситуации взаимодействия с ОУ ЛПР обеспечивает изменением состояния ФУВ посредствам корректировки соотношения , что приводит к снижению положительного баланса ресурсов формирования . Таким образом в I квадранте фазовой плоскости у ЛПР накапливается потенциал объективного использования ресурсов, соответствующий положительному направлению оси . Исходя из ранее постулированного утверждения, можно заключить, что предельная объективность свойственна естественным системам управления и достигается при нулевом балансе ресурсов, потребляемых ФУВ. Примерами систем, поддерживающих такое состояние служат, колонии муравьев, семьи диких пчел, в которых функции ФУВ при решении задач по охране, поддержанию микроклимата, заготовке припасов, кормления потомства и т.д. реализуют насекомые определенного возраста или ситуационной роли, в соответствии со способами использования ресурсов, установленными эволюцией развития этих биосистем [9-10]. При дальнейшем изменении ситуации и нулевом балансе ресурсов , накопленный объективный потенциал применения способов переработки ресурсов позволяет провести реорганизацию ФУВ во II квадранте фазовой плоскости, по мере необходимости передавая функции по формированию организационной составляющей - «ручной режим управления». Универсальность организационной составляющей обеспечивает решение задач управления в новой ситуации, применяя экстенсивные методы использования ресурсов, что неизбежно приводит к отрицательному балансу ресурсов. Экстенсивные методы использования ресурсов позволяют достичь , при этом отрицательный баланс ресурсов достигает величин, соизмеримых с затратами на создание новой структуры ФУВ на основе инновационных способов переработки ресурсов в . По мере перехода организационной составляющей ФУВ на новые способы использования ресурсов в III квадранте фазовой плоскости, баланс ресурсов становится нулевым. При этом предельное значение получает субъективный потенциал использования инновационных способов переработки ресурсов, соответствующий отрицательным значениям . Реализация в технической составляющей ФУВ инновационных способов в IV квадранте фазовой плоскости приводит к снижению их субъективности, обеспечивая положительное значение баланса ресурсов. Предельная концентрация функций ФУВ у технической составляющей обеспечивает при максимальном положительном балансе ресурсов, выделяемых на формирование , что определяет начало нового цикла ФУВ. Характер изменения состояний ФУВ и анализ зависимостей (6)-(8) позволяет установить закономерности цикличности. Это необходимо для идентификации текущего и прогнозирования дальнейших изменений состояний ФУВ. Признаки идентификации отражены в таблице 1. Таблица 1. Признаки идентификации состояния ФУВ Параметры состояния Значения [рад] [рад] 1÷0,7 0,7÷1 Проведенный анализ квадрантов фазовой плоскости ФУВ показал, что - в I и II квадрантах способы использования ресурсов имеют объективный характер. Поэтому, интервалы будут определяться методической погрешностью оценки результатов применения способов использования ресурсов и случайным разбросом их параметров; - субъективность способов использования ресурсов в III и IV квадрантах фазовой плоскости определяет возможность оценки разброса параметров через случайное рассеяние параметров ресурсов и субъективную вероятность принятия решения . Заключение Соотношение (3) устанавливает связь между изменениями параметров управляющих воздействий и эффективностью системы с управлением. На основании зависимостей (5)-(7) классифицированы и описаны состояние системы управления в квадрантах фазовой плоскости. Анализ (7)-(8) позволил установить, что при монотонном изменении , вероятностная функция изменяется с частотой, в два раза превышающей частоту изменения и в два раза меньшей частоты изменения . Для идентификации состояний системы управления предложено использовать совокупности значений признаков, отраженных в таблице 1. Состояния системы управления в I квадранте фазовой плоскости обеспечивают положительный баланс ресурсов выделяемых на функционирование организационно-технических систем управления, что, согласно (4), при одинаковых приращениях функции полезности приводит к снижению затрат на формирование управляющих воздействий и к повышению эффективности системы управления. Предложенный подход позволяет обосновать затраты ресурсов на эксплуатацию, реорганизацию, реструктуризацию и создание новых организационно-технических систем управления. Приведенные графики изменения состояния систем управления позволяют прогнозировать ритмичность обоснованных затрат на формирование .

Об авторах

Вячеслав Константинович Мордашкин

Научно-исследовательский и конструкторский институт радиоэлектронной техники - филиал ПО «Старт» им. М.В. Проценко

Email: office@nikiret.ru

Владимир Иванович Волчихин

Пензенский государственный университет

Email: cnit@pnzgu.ru

Список литературы

Дополнительные файлы