Структурный анализ и синтез систем управления

Структурный анализ систем управления

Прежде чем раскрыть сущность структурного анализа, необходимо еще раз вернуться к понятию "структура".

Структура — это внутренняя организация системы, которая способствует связи составляющих систему элементов. Она определяет существование системы как целого и ее качественные особенности. Структура определят упорядоченность элементов системы. Таким образом, структура — это относительно устойчивый, упорядоченный способ связи элементов, придающий их взаимодействию в рамках внутренне расчлененного объекта целостный характер.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик системы по ее структуре.

Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ними.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

В качестве показателей исследуемых структур целесообразно использовать:

множество выделенных элементов, отношений и связей;

характеристики элементов и связей;

обобщенные показатели структур, характеризующие их влияние на эффективность системы управления (число уровней управления, структурная устойчивость, экономические затраты на поддержание требуемых структурных характеристик и др.).

При выборе и оценке показателей структуры применяются различные методы описания и моделирования, которые зависят от вида структуры, степени неопределенности исходных данных и требований, предъявляемых к точности и достоверности результатов анализа. Процедура определения показателей структуры включает следующие этапы:

· определение исходных данных для оценки структуры;

· вычисление значений характеристик элементов структуры и связей между ними;

· вычисление значений характеристик (показателей эффективности) структуры.

Исходные данные включают:

модель исследуемой структуры, задаваемую в графической, матричной или аналитической форме;

перечень определяемых обобщенных показателей эффективности (характеристик) структуры

перечень определенных показателей (характеристик) элементов ;

значения характеристик (х) воздействий окружающей среды, условий функционирования системы управления, частных технических, экономических, эксплуатационных, организационно-штатных и других характеристик элементов и связей, указанных в соответствующей документации или определяемых в ходе измерений и наблюдений.

На основании исходных данных вычисляются значения показателей элементов и связей:

(1.1)

Затем определяются значения показателей эффективности:

(1.2)

Оценка эффективности анализируемых структур производится, как правило, на основе установленного критерия пригодности, который для минимизируемых показателей эффективности будет иметь вид

(1.3)

где — требуемое значение -го показателя.

Исследование моделей и оценка структуры проводятся на основании конкретных числовых значений

На основании оценки структуры производится выбор варианта структуры или же предложения по ее совершенствованию.

Структурный синтез систем управления

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что, в отличие от технических систем, при исследовании организационных (общественных) систем вместо понятия "синтез" используются такие, в принципе идентичные понятия, как "создание", "проектирование", "совершенствование", "реорганизация" и "организация" системы. При этом под организацией системы понимается совокупность процессов, действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимодействия между частями целого, т.е. процесс создания системы - синтез системы.

Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, проектирование, совершенствование, реорганизация и организация) системы, которая должна обладать желаемыми свойствами.

Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей между ними, характеристик элементов и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.

Объектами исследования структурного синтеза являются различные варианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления.

К основным обобщенным показателям исследуемых структур относятся:

число управляемых объектов;

время и достоверность доведения информации до управляемых объектов;

вероятность реализации полного цикла управления с использованием синтезируемой структуры;

жизнеспособность структуры;

суммарная стоимость структуры и др.

В процессе структурного синтеза определяются множество элементов структуры, отношения и связи между ними, характеристики элементов и связей, обеспечивающие оптимальные или рациональные значения обобщенных показателей (1.2), в соответствии с выбранными критериями эффективности:

(1.4)

где G - множество требуемых значений показателей эффективности

Общая модель структурного синтеза включает определение показателей структуры (1.1) обеспечивающих требуемые значения показателя эффективности q_t (2.1), при заданных условиях выбора , т.е. определение ju с М, при которых

(1.5)

где М - допустимые (предельно возможные) значения определяемых показателей структуры;

N - заданные значения условий выбора;

G - множество требуемых значений показателей эффективности

Критерий эффективности (1.5) выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе управления. На выбор критерия влияют требования, предъявляемые к точности определения показателей , степень определенности исходных данных, наличие методического аппарата.

Условия выбора характеризуют все необходимые исходные данные, которые имеет исследователь к моменту решения задачи синтеза. Исходные данные определяются на основе опыта создания и применения аналогичных структур в ходе анализа исследуемой системы управления, уточняются и дополняются в процессе внедрения синтезируемой структуры. Условия выбора ограничивают число возможных вариантов синтезируемых структур и учитываются при окончательном выборе варианта создаваемой структуры системы управления.