Материал: 3106

Требования формируются в виде показателей (количественные) и характеристик (качественные). Как правило, требования задаются в виде ограничения на допустимые пределы значений показателей.

Разработка требований производится в процессе решения всех перечисленных выше задач. Общие требования к системе управления документально оформляются, а затем уточняются отдельные требования к ее элементам, включая элементы, выделяемые при морфологическом (структурном), функциональном, информационном и параметрическом описании системы.

Разработка программ реализации требований к системе управления

Обычно программа или план реализации требований включает:

- перечень целей и задач (заданий) исполнителям (ответственным за создание системы управления), развернутых во времени, взаимосвязанных по отношению к общей цели создания новой системы и сбалансированных по ресурсам и отношению к общей цели создания новой системы;

- график (порядок) обеспечения исполнителей ресурсами (информационными, материальными, энергетическими и др.).

Сбалансированность по ресурсам означает, что нет задач, не обеспеченных ресурсами, и что ограниченные ресурсы рационально распределены между всеми исполнителями.

Реализация разработанных требований к системе управления

Целью задачи является реализация разработанных требований к системе управления в заданные сроки, в соответствии с разработанной программой. Процесс непосредственного создания новой системы управления очень сложен.

Рассмотрим условные этапы реализации разработанных требований к человеко-машинной (эргатической) системе управления:

- моделирование (математическое, физическое, сценарное) подсистем и системы в целом;

- макетирование системы;

- проектирование системы;

- конструирование системы;

- изготовление системы;

- испытание системы;

- оценка путей модернизации;

- возвращение к анализу замысла создания системы и перспектив его развития в связи с созданием новой системы.

Кратко охарактеризуем эти этапы.

Моделирование подсистем и системы в целом. На этом этапе концептуальное описание системы реализуется с помощью математической модели.

Целью моделирования является проверка разных аспектов функционирования системы, ее устойчивость по отношению к внешним факторам и оценка эффективности (по функциональному и физическому критерию) ее функционирования в разных условиях работы. Отработка модели включает создание всего оценочного аппарата. Моделирование позволяет повысить эффективность системы (по физическому критерию) путем дополнительного изменения ее морфологии и функциональных свойств. На основании результатов моделирования делается вывод о переходе к следующему этапу разработки или уточнении требований.

Макетирование системы. Главная задача макетирования состоит в отработке устройств, основанных на новых идеях.

Различают полное и частичное макетирование. Частичное макетирование применяется в тех случаях, когда основные подсистемы ясны и требуется уточнить отдельные блоки. Результаты частичного макетирования используются для повторного моделирования системы и дополнительной ее отработки на основании новых данных. Полное макетирование основных и вспомогательных подсистем применяется при разработке новых систем.

Этап макетирования является решающим и завершающим для творческой части разработки, а далее начинается технологическая часть.

Проектирование системы. Задача проектирования — охватить всю систему, а также средства и методы, необходимые для ее создания и обеспечения.

В проекте не должно быть сомнительных вопросов: проектирование должно опираться на полную информацию и решать только инженерные (в широком смысле) задачи.

В качестве объекта разработки проекта могут выступать либо вся ИС для предприятия заказчика, либо только отдельная подсистема или совокупность подсистем, либо отдельные работы, например установка вычислительной сети, проведение консалтинговых работ по оценке эффективности информационной системы и т.д.2)

Процесс проектирования ИС имеет специфические особен­ности, которые, в свою очередь, определяют специфику управле­ния проектированием.

1. Процесс проектирования ИС по своему характеру явля­ется творческим. Поэтому при отсутствии достаточно полного формализованного перечня операций проектирования и состоя­ний проекта в процессе его разработки управление проектирова­нием носит ситуационный характер.

2. Пользователь на этапе разработки системы может изменять требования к качеству системы, срокам и затратам проектирования. В связи с отсутствием общепринятых надежных способов оценки качества проектных решений затруднен его контроль.

3. Стремление разработчиков к индивидуальному характеру труда приводит к невысокой степени организации контроля и координации деятельности отдельных разработчиков проекта.

Конструирование системы. Конструкция определяет пространственно-временное расположение элементов системы, их сопряжение, соединение и стыковку.

Задачей конструирования является разработка технологии изготовления системы либо указание на возможность использования готовой технологии.

Описание конструкции должно быть развито до уровня, доступного и понятного лицам, не участвовавшим в разработке системы и не знакомым с исходными идеями.

Изготовление системы. Под изготовлением новой системы понимаются поэлементная и поблочная (подсистемная) отработка, а также создание процесса и организации.

Технология и практика изготовления системы накладывают свой отпечаток на элементы системы и ее свойства в целом.

Для новых систем возможны случаи, когда изготовление подсистем с требуемыми параметрами (подготовка процесса, подбор персонала, отработка слаженности групп) оказывается непосильной задачей, и тогда неизбежна соответствующая дополнительная работа (усовершенствование производства, обучение персонала, изменение условий) или возвращение к одному их исходных этапов.

Испытание системы. Испытание включает натурную и модельную части с жесткой связью между ними. Для сложных систем натурные испытания могут составить (ввиду их дороговизны, сложности и продолжительности) до 10% всей работы. Испытания проводятся на основании физического критерия эффективности. Планирование экспериментов предполагает комплексный подход и последовательный анализ результатов с тем, чтобы результаты предыдущих экспериментов в полном объеме учитывались в последующих.

На испытаниях отрабатывается способ применения системы и повышение максимально допустимого значения ее эффективности (по физическому критерию). Испытания определяют соответствия системы своему назначению и целевой функции — по функциональному критерию, который вычисляется по результатам испытаний.

Перспективы дальнейшего развития системы оцениваются на основании сопоставления физического и функционального критериев с точки зрения возможностей и путей их дальнейшего увеличения.

Оценка путей модернизации. Научно-технический прогресс создал новую ситуацию в мире выбора альтернатив создания новых систем, которая обусловлена следующими обстоятельствами:

- жизненный цикл созданной человеком системы (техники, оружия) стал намного меньше жизни человека;

- сокращение жизненного цикла созданной человеком системы сопровождается возрастанием полного цикла создания системы;

- наличие проблемы вложения средств и ресурсов.

Вырос масштаб создаваемых человеком систем. Некоторые из них, например, энергетические, транспортные, информационные, стали глобальными. С ростом сложности и масштаба создания новой системы возросли затраты на их реализацию. Риск при выборе варианта создания новой системы становится все ощутимее.

Основой продления жизненного цикла системы является ее своевременная и неоднократная модернизация, идеи которой закладываются на этапе создания системы.

Следовательно, для придания системе какого-либо свойства надо строить ее подсистему, взаимосвязанную со всеми другими подсистемами, генеральной целью которой будет эффективное проявление этого свойства и, естественно, обеспечение его проявления.

Существенность (значимость) любого свойства системы будет зависеть в первую очередь от значимости подсистемы, его проявляющей и обеспечивающей это проявление.

Еще более сложно установление отношений между свойствами и процессами. Выявление совокупности этих отношений, установление взаимосвязей свойств системы и процессов, их показателей является важнейшей задачей исследования систем управления.

Выделение существенных свойств процессов и систем — в основном процесс творческий, он носит неформальный характер и во многом зависит от квалификации исследователя, его опыта и интуиции. Часть свойств определяется исследователем при выработке требований, так как последние предъявляются к значениям показателей существенных свойств системы или процесса.

Определение (оценка) значений показателей существенных свойств производится, как правило, двумя способами: "прямыми замерами" на системе и с использованием модели ее функционирования.

Важным моментом является формирование правил определения факта и величины несоответствия между значениями показателей существенных свойств процесса системы и требуемыми их значениями.

2. Виды синтеза систем управления

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 q, в соответствии с выбранными критериями эффективности:

q € G

где G — множество требуемых значений показателей эффективности qt.

Общая модель структурного синтеза включает определение показателей структуры:

W = (m, А), m €М,

обеспечивающих требуемые значения показателя эффективности qt, при заданных условиях выбора v € N, т.е. определение W (m, A) при которых

q (W, ν) € G, v € N,

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

N — заданные значения условий выбора;

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

Условия выбора ν 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.

Сущностью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик системы управления, которые должны обладать желаемыми свойствами.

Цель функционального синтеза — обоснование оптимальных или рациональных характеристик процессов функционирования системы управления, т.е. процессов изменения ее состояний с течением времени в соответствии с поставленной целью.

При постановке общей задачи функционального синтеза необходимо учитывать критерии эффективности управления. В соответствии с заданным критерием задача формулируется следующим образом:

сформировать процесс управления (управляющее воздействие) u(t) € UT, обеспечивающий требуемые значения показателя эффективности q при заданных условиях выбора (неуправляемых факторах) v € N:

q(u(t), v) € G, u(t) € UT, v € N.

При этом форма представления управляющих воздействий зависит от вида системы управления, реализующей исследуемый процесс. Для общественных систем управления воздействия u(t) формируются и передаются в виде информации (указаний, распоряжений, команд, приказов), определяющей дальнейшее поведение объекта управления. Для технических систем управления воздействия могут задаваться в форме характеристик механических усилий, параметров электрического тока, температуры, давления, действующих на объект управления.

Тестовые задания

1) Что понимается под синтезом информационных систем. Цели синтеза информационной системы?

2) Какую последовательность решения задач включает структурный синтез?

3) Какими моделями описывается процесс формирования каждого варианта новой информационной системы?

4) Особенности задач синтеза информационных систем?

5) Принципы существования и действия сложных информационных систем?

6) Сущность структурного синтеза информационной системы и его цель?

Литература

1) Молин А.С., Мухин В.И. Исследование системы управления/ Учеб. для вузов. М.: ГУ, 2002. -329с. ISBN 5-7598-0192-9

2) Макаров Р.И. Методология проектирования информационных систем: учебное пособие /Р.И. Макаров, Е.Р. Хорошева; Владим. гос. ун-т.-Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008.-334 с. ISBN 978-5-89368-817-7.

Лекция 11. Синтез организационной структуры информационной системы.

Методы синтеза Различают эвристические и формализованные методы синтеза организационных структур.

К эвристическим методам синтеза относятся: методы аналогий, методы экспертных оценок, организационное моделирование и др. Эвристические методы базируются на опыте и интуиции проектировщика. Анализируя функции и структуры лучших отечественных и зарубежных аналогичных систем управления, выявляют прогрессивные решения и образцы. Их используют в синтезируемых структурах.

Формализованные методы синтеза структур базируются на математических моделях и методах, используют количественные зависимости между параметрами структуры и характеристиками системы.

При построении формализованных моделей синтеза структуры АСУ широко используются статистические методы, методы математического программирования, теория массового обслуживания, теория графов, имитационное моделирование и др.

Остановимся подробнее на формализованных методах синтеза.

На практике для синтеза организационной структуры получили распространение следующие методы:

1. Нормативный метод;

2. Использование графовых моделей;

3. Метод центральной планирующей организации;

4) Методы теории массового обслуживания и др.

1. Нормативный метод синтеза организационных структур

Нормативный метод основан на выявлении статистических зависимостей между параметрами характеристик структуры и факторами, влияющими на эти характеристики.

Статистические зависимости устанавливаются в результате исследования однородной группы лучших систем управления: собираются данные о численных значениях структурных параметров и факторов; с помощью корреляционного анализа выявляется степень влияния каждого фактора на структурные параметры и отбираются наиболее существенные факторы; выводятся нормативные формулы для расчета параметров структуры. Для данной группы АСУ полученные зависимости считаются наилучшими, их используют при проектировании организационных структур АСУ аналогичного типа. С помощью нормативного метода разрабатываются нормативы численности по каждой из выделенных функций управления, коэффициенты распределения работников аппарата управления между управляющими и производственными подразделениями.

На основе статистического и логического анализа выделяются производственные и управленческие факторы, наиболее существенно влияющие на объем работ. Исходя из этих факторов строится зависимость вида:

где H_j – параметр организационной структуры АСУ;

с – коэффициент регрессии, отражающий средний уровень значения параметра в исследуемой группе;

x_i- численное значение i-го фактора;