Управление сложными системами

Сущность понятия «сложность»

Сложность выступает как свойство современных систем управления. Следует различать следующие основные понятия сложности:

1. Математическая сложность.
2. Информационная сложность.
3. Структурная сложность.
4. Обобщенная сложность.
5. Алгоритмическая сложность.

Математическое понятие сложности следует отнести к теории конечных автоматов, которая появилась в пятидесятые годы двадцатого века. Здесь главной характеристикой сложности системы является количество элементарных блоков, которые образуют систему.

Информационное понятие сложности ввел академик Колмогоровым, и оно относится к теории информации. В этом варианте сложность сопряжена со случайностью, а основной характеристикой сложности системы является спектр частот. Можно предположить, что такого понятия должно хватать для оценки свойств системы, однако присутствует один недостаток, а именно, не учтены комбинации подсистем в системе.

В структурном понятии сложности следует учитывать взаимные связи среди подсистем в системе. Система формируется таким образом, чтобы она могла иметь определенные статические и динамические характеристики. Здесь основной характеристикой сложности системы являются статические и динамические свойства системы. При создании системы осуществляется использование самых простых технических средств. Таким образом, могут косвенно учитываться требования надежности и стоимости. Наличие учета надежности и экономичности на этапе проектирования может сделать такую задачу более корректной. Помимо этого, каждая из задач обязана быть математически корректной, то есть, должна присутствовать сходимость алгоритмов управления. Неустойчивость алгоритмов может быть обусловлена следующими аспектами:

1. Неточными исходными данными.
2. Неточной их реализацией в компьютере на этапе проектирования.

В обобщенном понятии сложности основной характеристикой сложности системы является шкала сложности. Основными признаками построения шкалы сложности являются следующие аспекты:

1. Порядок дифференциального оператора.
2. Рабочий спектр частот.
3. Базовые характеристики вычислительного комплекса.
4. Уровень надежности.
5. Уровень стоимости.
6. Степень алгоритмической сложности.

Управление сложными системами

Когда необходимо определить свойства системы на основании характеристик отдельных подсистем, то следует использовать иерархический подход, который позволяет решить данную проблему. Основными признаками иерархии могут считаться следующие моменты:

1. Сложная иерархическая структура практически всегда выступает как многоуровневая, на заданных уровнях которой принимаются решения.
2. Общая, то есть, глобальная цель, и местная, то есть, локальная цель функционирования обязаны координироваться.
3. Среди уровней системы осуществляется информационный обмен, причем приоритет имеет информация, которая поступает с верхнего уровня. Для нижнего уровня она считается командной и подлежит исполнению, когда это является возможным.
4. Процесс информационного обмена, идущий с нижнего уровня на верхний уровень, в структуре может замедляться.

Обобщенная структура сложной системы может быть представлена в виде треугольной структуры, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 1. Обобщенная структура сложной системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

На этом рисунке присутствуют уровни с нулевого по четвертый.

Здесь;

• «О» - объект управления, который считается сложным и состоит из восьми подсистем О.1 – О.8;
• Х1 – Х8 – регулируемые переменные;
• r1 – r8 – регулирующие воздействия;
• «И» – информация;
• «У» – уставка управления;
• «1» – уровень локального регулирования. Здесь применяются аналоговые или цифровые системы автоматического регулирования (САР), которые выполняют непосредственное регулирование объектами О.1 – О.8;
• «2» – уровень локальной оптимизации. Здесь оптимизаторы системы автоматического правления, в которых уставка определяется вычислительным комплексом, или автоматизированные системы управления, в которых уставка определяется специалистом вместе с вычислительным комплексом, требуемым для усиления интеллекта специалиста, реализуют оптимальное управление локальными регуляторами первого уровня в соответствии с частными критериями;
• 3 – уровень координации, на котором реализуется второй признак иерархии;
• 4 – уровень оперативного управления;
• ЛПР – лицо, принимающее решение.

Общая цель работы системы должна быть трансформирована в конкретные уставки нижним уровням, в которых распределяются ресурсы, принимаются решения в нештатных ситуациях и другое. А основанием для решения должны стать мощные вычислительные комплексы и набор «быстрых» математических моделей.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) является человеко-машинной системой, обеспечивающей сбор и обработку информации, для того чтобы оптимизировать управление технологическим (техническим) процессом (объектом) согласно заданным критериям. Основными функциями АСУТП являются следующие моменты:

1. Информационная функция, которая обеспечивает сбор, обработку и предоставление информации персоналу.
2. Управляющая функция, которая на базе получаемой информации вырабатывает оптимальные управляющие воздействий и их реализует.
3. Вспомогательные функции, то есть, решение внутрисистемных задач, связанных с функционированием технических и программных средств.

В структуру системы АСУТП входят следующие компоненты:

1. Оперативный персонал.
2. Совокупность технического обеспечения.
3. Совокупность информационного обеспечения.
4. Наличие организационного обеспечения.