Анализ целей и функций в сложных многоуровневых системах
Введение
В рамках данной работы проведено изучение теоретических аспектов построения сложных многоуровневых систем. Основанные принципы теории систем лежат в основе реализации проектов масштабного уровня и имеют своей целью максимально эффективного достижения поставленных целей при минимальных сложениях с учетом возможных отклонений.
Цель работы: анализ целей и функций в сложных многоуровневых системах.
Задачи работы:
- анализ теоретических аспектов работы со сложными многоуровневыми системами;
- классификация сложных многоуровневых систем;
- анализ особенностей реализации проектов с использованием моделей сложных многоуровневых систем.
Объект исследования: сложные многоуровневые системы.
Предмет исследования: цели и функции сложных многоуровневых систем.
1.Общие представления о сложных многоуровневых системах
Сложными многоуровневыми иерархическими системами являются целостные объекты, образованные функционально разнотипными системами, компоненты которой иерархически связаны между собой и функционально объединены для достижения заданных целей при соблюдении заданных условий.
В качестве примеров сложных систем в реальных условиях можно рассматривать современные производственные комплексы, телекоммуникационные системы, системы дистанционного зондирования, региональные управленческие системы, крупные корпорации, многопрофильными фирмы и т.д. Проведение анализа таких систем обусловлено практической необходимостью и предполагает только установление вида элементов или типа отношений. Существенной их особенностью является иерархическая структура как в собственной топологии, так и в управленческих системах.
Для данных систем характерно как многообразие видов элементов (различных классов физической, химической, механической природы.), так и многообразие видов отношений, для которых характерны технологические, продукционные виды взаимосвязей, осуществление информационного обмена и взаимодействия).
Также для данных классов объектов характерно наличие свойств [3]:
1. Отличие уровней значимости и возможностей по функциональным элементам (ФЭ) для разных уровней иерархии.
2. Свободное поведение ФЭ на каждом из уровней иерархии в определенных границах, устанавливаемое заранее или в рамках функционирования объектов.
3. Наличие приоритетов в действиях или прав на вмешательство ФЭ верхнего уровня в функционал объектов нижнего уровня, что определяется фактическим выполнением ним функций.
В силу указанных свойств иерархические системы обладают принципиальными особенностями, определяющими как общую проблематику исследований, так и конкретные цели проведения анализа их структур и функционала, или проведением структурно-функционального анализа (СФА).
Существуют различные трактовки понятия иерархичности и в силу этого возможно рассмотрение различных видов иерархий. Наиболее существенные различия иерархий определяются различиями в трактовке понятия "уровень" в иерархии. Необходимость введения нескольких понятий уровень определяется сложностью и многообразием в определяемых целях, задачах, функциях, свойствах и возможностях реальных многоуровневых иерархических системах, а также множеством свойств, особенностей и последствий штатных, нештатных, критических и чрезвычайных ситуаций их функционирования.
Существуют следующие определения понятия уровня [4]:
Эшелон — понятие, определяющее уровни организационной иерархии. Использование терминологии иерархичности структуры объектов, соответствующее термину "эшелон" предполагает, что реальные объекты возможно представлять как многоуровневые организационные иерархические системы, имеющие следующие свойства:
1. Наличие четко выделенных компонент и четкого распределения по уровням подсистем.
2. Наличие четко распределенных полномочий по уровням и подсистемам на одном уровне исходя из требований по формированию, выбору и принятию решений в рамках соответствующей сферы ответственности.
3. Обеспечение прямой и обратной связи по управлению подсистем различных уровней, а для подсистем одного уровня — наличие прямой и обратной связи по взаимодействию. Данные системы относятся к классу многоуровневых и многоцелевых.
Страта — термин, характеризующий уровень, на котором проводится описание системы или уровень абстрагирования. При наличии иерархической структуры объекта, соответствующей понятию "страта", предполагается, что свойства реальных сложных объектов описываются через некоторую совокупность, в которой для отдельных описаний проводится рассмотрение с различных позиций и упорядочивание по уровню их значимости. Данные иерархические системы называются стратифицированными.
Слой — термин, определяющий уровень сложности при принятии решения. Для иерархической структуры объекта, соответствующей понятию слоя предполагается, что реализация общей процедуры принятия решения проводится через определенную последовательность частных процедур, для каждой из которых обеспечивается получение решения с определенным уровнем обоснованности и достоверности при различии уровней, критериями разделения по которым выступают: неполнота, неопределенность, нечеткость и противоречивость исходных данных. Такие иерархические структуры называются многослойными, многоуровневыми, иерархическими системами принятия решений.
Главной особенностью рассматриваемых объектов является то, что для многих процедур операции по формированию и анализу иерархических структур принципиально неформализуемы, а их реализация имеет субъективный характер. Данная особенность относится к общей иерархической структуре. Такие процедуры, выбора количества иерархических уровней (страт, эшелонов, слоев); определение элементов на каждом уровне; описание элементов каждого уровня; выбор методологии описания взаимосвязей в иерархической структуре полностью определяется ЛПР. В процессе работы с реальными, сложными объектами, такими как космические системы различного назначения общая организационная иерархия объекта (деление объектов в целом на подсистемы) определяется Генеральным конструктором объекта. Разделение на подсистемы также выполняется Главным конструктором, курирующим соответствующие подсистемы. Указанный подход позволяет проводить системную интеграцию по организационным задачам проектирования — планировать работы, формировать группу разработчиков, координировать работы различных подразделений и т.д.
К основным понятиям в описании сложных иерархических системах являются: "цель системы" и "характеристики системы относительно цели".
Цель является количественной или качественной мерой первичных или вторичных характеристик систем, которая при существующих обстоятельствах считается наиболее предпочтительной. Сложные системы могут рассматриваться с позиции разных целей. Таким образом, системы могут удовлетворять множеству целей. Данная особенность, являющаяся характеристикой системы относительно целей, может измеряться степенью близости действительных и желаемых состояний системы, предусматриваемых целью. Как правило, она определяется в терминологии соответствующих функций, называемых характеристическими.
Обозначим через группу систем, для которых характерны свойства, которые определяющие понятие цели (при совпадении остальных свойств). Тогда характеристическая функция, обозначаемая w, примет вид w(x, x*):
[0, 1], где w(x, x*) описывает степень соответствия указанной системы x целевой системе x*. Характеристическая функция может определяться через соответствующую функцию расстояния
:R
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
.
Так, функция расстояния определяется следующим образом:
w(x, x*) = ,
где .
Возможно также использование других определений расстояний, соответственно, и других формул для проведения расчетов.
2. Цели и функции сложных многоуровневых систем
Пусть тип цели и соответствующие ему характеристические функции определяются на некотором множестве систем. Для каждой системы из такого множества существует соответствующее значение характеристической функции, с помощью которого определяется уровень соответствия системы определенной цели. Это позволяет определить термин целенаправленности систем, для которых характеристики относительно указанной цели превышают определенный заданный порог.
Формально если имеются заданные системы x и y идентичного типа, определены цели x* и задана характеристическая функция w, то система x является целенаправленной относительно системы y и цели x* с учетом характеристической функции w при условии, когда выполняется условие:
w(x, x*) > w(y, x*).
Разность w(x,y|x*)= w(x, x*) - w(y, x*) называетсястепенью целенаправленности x относительно y для указанной цели x*.
Цель системы определяется различными методами, и предполагает, что цель находится “в распоряжении субъекта”. Термины целей и характеристик являются базовыми при определении целенаправленных систем. Системы, имеющие положительную степень целенаправленности относительно других систем, должны иметь некоторые свойства, отличные от свойств последней, то есть быть связанными с целями и определяющими совершенствование характеристик данной системы, называемых их свойствами целевого выбора. Такими свойства, например, включают описание некоторых дополнительных переменных или состояний в порождающих системах, дополнительных элементов или соединений в структурированных системах, дополнительных элементов или процедуры в метасистемах и т.д.
Таким образом, системы, имеющие свойства целенаправленности, могут характеризоваться отделением переменных целевого выбора от других переменных и требованием условия достижения цели переменными выбора. Исследования различных методов порождения состояний переменными выбора цели являются чрезвычайно важными для понимания природы данного класса систем, а также частности, для развития способов их проектирования. Данным системам всегда присущ набор принципов (схем, форм) в терминологии порождаемых состояний переменными поиска цели. Далее определим понятие целенаправленных систем.
Целенаправленные системы являются системами, ориентированными разработчиками на выполнение заданных целей. Они включают четко заданное целевое назначение для определенных условий, а также имеют набор ограничений, связанных со спецификой номенклатуры целей и заданного диапазона допустимых изменений условий работы. В качестве примеров таких систем можно рассматривать простейшие полуавтоматы и автоматы, имеющие жесткую программу управления, либо простейшие механизмы. К данному классу, в частности относятся станки-автоматы, производящие только определенные механические детали, холодильные установки, автономные системы отопления помещением с полуавтоматическим поддержанием теплового режима в определенном диапазоне, автомобили различного целевого назначения.
Принципиально другим является класс целеустремленных систем.
Целеустремленные системы - это системы, обладающие следующими свойствами:
- восприятие требования внешних по отношению к системе сред и формирование целей для достижения данных требований при существенно изменяющемся поведении системы;
- определение альтернативы всем действиям внешней среды и осуществление целесообразного выбора альтернативы для достижения целей в имеющихся условиях.
Важнейшее свойство целеустремленных систем связано со способностью динамичного изменения целей и способов их достижения синхронно с изменением ситуации. Для целеустремленных систем характерно принципиальное отличие от целенаправленных систем, связанное с высоким уровнем гибкости, динамичности и способности реагировать на изменения во внешней среде через адаптацию потребностей, целей и действий в складывающейся ситуации. Для систем данного типа характерны возможности изменения функций, свойств и даже структуры как в функциональных элементах, так и в целом.
Принципиальная особенность целеустремленных систем связан с тем, что они имеют элементы интеллектуальности - естественной или искусственной, или их сочетания. Большая часть известных целеустремленных систем является организационно-техническими или экспертными, в которых главные элементы - это операторы, а также разного рода техническое обеспечение поддержки решений, обладающее интеллектуальной компонентов. Примерами систем такого класса являются: гибкие автоматизированные производственные системы, способные в процессе работы корректировать номенклатуру и объемы выпускаемой продукции, службы диспетчеризации крупных аэропортов, которые способны одновременно осуществлять обслуживание от десятков до нескольких сотен самолетов при различных погодных условиях и др. Примером свойства целеустремленных систем к адаптивности к внешней среде, является работа персонала электростанций, крупного металлургического, горнодобывающего, химического производства при возникновении критических и аварийных ситуаций.
Структурированные системы представляют собой объект исследования, который представляется в виде заданной, иерархической схемы функциональных компонент с учетом имеющихся взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействия между собой.
Структурированные исходные системы представляют собой исходные данные систем, систем данных или порождающих систем, обладающих общим параметрическим множеством. Структурированные системы, как правило включают составляющий элементы. Некоторые параметры у них могут быть общими. Общие переменные, как правило, представляют собой связывающие переменные. Они описывают процессы взаимодействия между компонентами структурированных систем.
Использование общих переменных проводится при проведении исследовательских работ, а также в процессе проектирования сложных систем. При проведении исследований реальных объектов элементами являются их технологические и конструктивные компоненты, реализующие комплекс определенных технологических процессов или определенных управленческих функций. Так, при проведении исследований действующих АЭС элементами системы являются атомные реакторы, турбомашины, электрогенераторы, каждый из которых представляет собой конструктивно и технологически целостный объект и реализует комплекс следующих технологических процессов: преобразование атомной энергии в тепловую, и далее получение механической и электрической энергии. Каждая из перечисленных составляющих АЭС является сложной механической системой. Поэтому в процессе проектирования новых объектов, например, АЭС, возможно решение нескольких системных задач в параллельном режиме. К ним относятся:
- создание проекта АЭС в целом,
- создание проекта каждого функционального элемента,
- создание проекта обеспечивающей инфраструктуры: жилых, торговых и других зданий, хранилищ и других подсобных помещений.
Задачи указанного класса включают множество системных формулировок, связанных с различными требованиями и условиями, связанными с взаимоотношениями между разными сегментами и между сегментами и объектом как единого целого
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
