УДК 007.5

Рецензенты: д-р военно-морских наук В. А. Абчук и д-р физ.-мат. наук С. М. Ермаков

Морозов В. П., Дымарский Я. С.

Элементы теории управления ГАП: Математическое обеспе­чение.— Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.— 333 е., ил.

В пер.: 2 р. 10 к.

В книге изложены принципы системного подхода, лежащего в основе проекти­рования и оптимизации больших систем, к которым относится ГАП. Дан анализ сущ­ности, категорий: и структуры управления. Разработаны методы количественной оценки основных категорий, модели математического обеспечения важнейших струк­турных единиц процесса управления — циклов контроля, управления, выработки варианта и выработки решения. Рассмотрены методы оптимизации единичных конту* ров управления и их совокупностей.

Книга предназначена для научных работников, инженеров-системологов, спе­циалистов по разработке математического обеспечения процессов управления. Может быть использована студентами старших курсов и аспирантами соответствующих спе­циальностей.

Табл. 40, ил. 69, библ. 66 назв.

_ 150201 ООО0-890 „„ _4Л «_ло.

^М 038 (01)-84 КБ-29-14 1984

© Издательство «Машиностроение». 1984 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Принципиально новые возможности повышения эффективности промышленного производства во всех отраслях народного хозяйства открываются при переходе к организации технологических процес­сов, станочных линий и рабочих коллективов по принципам гиб­кого автоматизированного производства (ГАП). Основу принципов ГАП составляют:

1. использование методов управления, обеспечивающих опера­тивную перестройку (гибкость) производств;

2. внедрение в производство автоматизированных узлов управ* ления (станками, технологическими линиями, цехами," заводами и т. п.) в виде комплексов программного управления \ реализованных в ЭВМ различных классов (микропроцессорах, микро-, мини- и макро-ЭВМ); ? ^£ *

3. создание и внедрение новых методов, средств и устройств для резкого повышения надежности функционирования ГАП в це­лом и, в первую очередь, участков безлюдной технологии.

Успех массового планового внедрения ГАП в различные отрасли народного хозяйства во многом будет зависеть от того, насколько быстро наука в союзе с производством сумеет создать стройную теоретическую базу для проектирования и внедрения ГАП различ­ного назначения. При этом необходимо решить следующие комплексы взаимосвязанных проблем.

I. Разработка методов управления.

1. Разработка общих методов построения математического обеспе­чения процессов управления ГАП.

2. Разработка методов количественной оценки основных кате­горий процессов управления ГАП! (оперативности управления и обоснованности принимаемых решений) и формулировка на этой основе комплексов оптимизационных задач для органов управле­ния ГАП.

3. Исследование аспектов синтеза формального и творческого в процессах управления ГАП.

/ 4. Разработка методов количественной оценки не только опера­тивности и обоснованности, но и таких категорий управления, как ©хват, централизация, адаптивность и др. Расширение круга коли- 'ТЙг

■ комплексы программного управления представляют собой элементы «искус- енного интеллекта» и позволяют в сочетании с автоматизированными средствами обеспечения организовывать «безлюдные технологии».

чественно оцениваемых показателей эффективности управления _в должно позволить сделать более полными комплексы задач внутрен­ней и внешней оптимизации и тем самым более качественно отслежи­вать во времени изменение целесообразности систем и подсистем управления, в том числе и подсистем математического обеспечения процессов управления ГАП.

5. Разработка методов количественной оценки категорий управ­ления для веерных, ромбовидных и других видов структур, а также многоуровневых систем управления ГАП. Разработка ме­тодов оптимизации функционирования таких структур.

6. Синтез подходов к теории активных систем [15] и методов исследования функционирования систем управления ГАП во вре­мени. Оба направления служат разработке методов внешней и вну­тренней оптимизации систем управления, но учитывают различные стороны их функционирования. В теории активных систем процесс и циклы управления не рассматриваются, благодаря чему, например, подсистемы связи вообще выпадают из анализа; зато детальным об­разом учитываются характер поведения управляемых объектов, несовпадение их локальных критериев оптимизации с глобальным критерием, относящимся ко всей системе. С другой стороны, мето­дами второго направления детально исследуется процесс централи­зованного управления во времени. Синтез обоих направлений должен обеспечить возможность исследования во времени процессов управ­ления с различной степенью децентрализации.

7. Разработка методов решения задач оптимизации структуры многоуровневых систем управления ГАП.

8. Разработка методов оптимизации количественного состава систем ГАП, их сбалансирования на основе использования пара­метрических зависимостей «ресурсы — эффективность».

9. Разработка методов оптимизации структуры и состава мате­матического обеспечения систем управления^ГАП.

II. Разработка элементов искусственного интеллекта промышленным способом.

1. Обоснование, выбор и освоение единого базового алгоритми­ческого языка высокого уровня (АЛГОЛ-68, АДА) для разработки промышленным способом функционального программного обеспе­чения (ФПО) систем управления ГАП и программного обеспечения инструментальной поддержки технологии производства ФПО.

2. Разработка специализированных функциональных языков для описания процессов функционирования систем ГАП различного назначения в форме, являющейся наглядной, удобной и понятной соответствующим специалистам (функционалистам).

Разработка базовой технологии промышленного производства программного продукта (технологии ПППП) систем управления ГАП на основе алгоритмических языков высокого уровня и специализи­рованных функциональных языков сверхвысокого уровня, обеспе­чивающей комплексную сквозную автоматизацию процессов проекти­рования, разработки, поддержания, сопровождения и модерниза­ции ФПО

3. .Разработка программного обеспечения для функционирования автоматизированных поточных линий конвейерного типа, предназна­ченных для производства ФПО систем управления ГАП на базе специализированных функциональных языков, базового алгоритми­ческого языка высокого уровня и табельных технических средств ЕС ЭВМ («Конвейер-I проектирования»).

4. Разработка технологии и программного обеспечения для автоматического погружения ФПО систем управления ГАП, создан­ного на «Конвейере-1 проектирования», в заданную вычислительную среду управляющих ЭВМ конкретных технических средств систем, узлов и блоков ГАП («Конвейер-II разработки»),

5. Обоснрвание и разработка единой унифицированной органи­зации взаимодействия функционалистов, алгоритмистов, програм­мистов, специалистов, обеспечивающих сопровождение ФПО (эки- пажистов), для проектирования, разработки, поддержания, сопро­вождения и модернизации программного продукта систем управле­ния ГАП (методологии динамических групп). { У

6. Разработка методологии и программного обеспечения функ­ционирования контрольно-организующих систем (КОС) для авто­матизации процесса планирования и управления гибким автомати­зированным производством программного продукта (ГАП ПП) систем ГАП различного назначения.

7. Разработка методологии и программного обеспечения для промышленного сопровождения программного продукта систем упра­вления ГАП на базе мини-ЭВМ («Конвейер-III сопровождения»).

8. Исследование и разработка комплекса стандартов и норма­тивных показателей для научной организации планирования и управления промышленным производством программного продукта ГАП.

9. Обоснование и разработка методологии, учебных пособий и лабораторной базы для подготовки, переподготовки и обеспечения профессиональной квалификации кадров, занятых в промышленном производстве программного продукта систем управления ГАП (спе­циалистов ПППП), способных работать в условиях функциониро­вания автоматизированных поточных линий конвейерного типа («интеллектуальных конвей ров»).

Решение обоих комплексов проблем должно быть направлено на резкое повышение надежности функционирования си­стем ГАП в условиях их массового внедрения.

Настоящая книга посвящена разработке первого комплекса проблем, преимущественно в части математического обеспечения протекающих в ГАП процессов управления. Другие проблемы будут Освещены в последующих публикациях. Излагая общий перечень проблем, авторы надеются привлечь к их разработке широкий круг специалистов, работающих над созданием ГАП и в смежных областях.

Авторы выражают глубокую признательность С. Н. Халкио- пову, 'Ю. Г. Данилевскому, А. Н. Терехову, В. В. Земцову и О, Е. Климовой за предоставленную возможность использования их материалов при написании книги.

ВВЕДЕНИЕ

Научно-технический прогресс в области производства вступил в новую фазу своего развития — массового внедрения гибкого автоматизированного производства (ГАП), в основе которого лежит использование станков с числовым программ­ным управлением, промышленных роботов и других механизмов, разрабатываемых и функционирующих как относительно автономные производственные единицы (технологические модули) в составе комплексных автоматизированных линий под управление

Каждая производственная единица имеет автономное прог управление. В свою очередь, линии, участки, цехи и т. п., комплектуются их этих технологических модулей, также имеют соответствующее программное управление. Это позволяет пере­настраивать такие линии, участки, цехи сменой комплексов управ­ляющих программ с единого центрального пункта управления.

В отличие от традиционных автоматизированных конвейерных линий, имеющих узкую ориентацию на изготовление определенного вида изделий и рассчитанных на массовое серийное производство, системы ГАП, комплектуемые из технологических модулей, управ­ляемых единым распределенным вычислительным комплексом, позво­ляют образовывать сложнейшие, многоэтапные, иерархически упо­рядоченные во времени и пространстве производственные процессы, обеспечивающие выпуск серийных, мелкосерийных и единичных изделий дискретными партиями, номенклатура и объем которых могут меняться во времени. Это означает, что меняется суть организации промышленного производства.

Во-первых, производство становится быстро перенастраиваемым практически при равных затратах усилий на выпуск серийных, мелкосерийных и единичных изделий.

Во-вторых, производственный процесс протекает на основе без- людной технологии. Он может быть непрерывным в течение суток, что резко повышает полезную загрузку технологического оборудова­ния, может быть дискретным, если происходит превышение норма­тивных запасов. При этом моменты начала и окончания выпуска изделий не вызывают нерентабельного использования рабочей силы, как это имеет место при традиционной организации производства.

Q

В-третьих, рабочий освобождается от однообразного утомитель­ного труда на технологических конвейерных линиях, и его труд становится творческим.

А:'-

В-четвертых, сложная программа управления, разработанная для выпуска нового изделия, практически без дополнительных затрат ресурсов тиражируется и внедряется на аналогичные техноло­гические модули, что существенно упрощает процесс подготовки квалифицированных кадров. Передовой опыт в виде новой, более прогрессивной программы управления может как бы автоматически внедряться на всех предприятиях страны, производящих аналогич­ные детали.

Создание ГАП требует разработки математического и программ­ного обеспечения. Разработка комплексов программного обеспече­ния (ПО) для систем ГАП различного назначения представляет собой в настоящее время одну из важнейших и сложнейших задач научных коллективов. Для характеристики сложности задачи достаточно сказать, что, отражая структуру и функционирование обеспечивае­мой (автоматизируемой) системы, каждый комплекс ПО сам пред­ставляет собой большую систему с присущими ей атрибутами целе­направленного поведения, иерархии, многомерности, многокрите­риальное™ и многообразия структуры и природы входящих в нее подсистем [40]. Поэтому теория больших (сложных) систем является методологической базой теоретических основ разработки ПО ГАП.

В настоящее время, особенно после выхода в свет работы [59], теорию больших систем (системологию) отождествляют с кибернети­кой, которая ранее, по Н. Винеру, трактовалась более узко — как теория управления и связи. Считается, что понятие сложной системы стало единой концептуальной основой для кибернетики. Выясни­лось, что отдельные направления кибернетики, в том числе теории надежности, информации, управления, самоорганизации и т. п., объединение которых в рамках одной науки ранее представлялось конгломеративным, исследуют различные качества одного и того же целостного объекта — сложной системы. Центральным среди этих качеств является способность к управлению, характеризующая не столько структуру, сколько поведение системы, возможность существования в ней актов решения, т. е. выбора из аль­тернативных вариантов действий. Некоторые авторы [59] именно по этому признаку — способности или неспособности систем к актам решения — делят их на сложные к простые. В свою очередь, в классе сложных целесообразно выделить большие системы, в состава тех или иных подсистем которых функционирует человек. Поведение больших систем направлено на достижение некоторого предпочти­тельного состояния, называемого целью системы. Есте­ственно, что лишь большие системы обладают целями и только в них реализуются процессы управления, с помощью которых эти цели могут быть достигнуты. Несмотря на наличие обширной литературы, посвященной изучению различных качеств больших систем, зако­номерности управления ими, вопросы разработки и использования математического аппарата теории управления при проектировании этих систем (в том числе систем ГАП) и комплексов их программного обеспечения, особенности процессов управления в связи с созданием специального математического обеспечения (СМОУ) {211, методы

рШ^ямизации функционирования контуров управления, которые ||§8^а&уютея в любой большой системе в процессе ее разработки, ^^пользования и модернизации, — все эти проблемы исследованы

освещены еще недостаточно. ^ Что же является главным в организации промышленных ! .формирований, именуемых ГАП? Ответ на этот вопрос содержится в.фамом названии^— это гибкость. Многие авторы отмечают, Ято гибкость — одно из самых сложных понятий в концепции ГАП, второе вызывает яростную полемику [23]. При этом называют не- ^:^зу|ЬКО составляющих понятия «гибкость», которые представляются важными и очевидными: размер семейства (группы) деталей, скорость и трудоемкость перестройки.

характеристики являются лишь условиями (ограничениями), в которых проявляется сущность гибкости как «... способности fрезво оценивать обстановку, обстоятельства и приноравливаться к Ним» [54].

/ Предположим, что создано ГАП, обеспечивающее выпуск опре­деленного размера семейства деталей при соблюдении заданных ^скорости и трудоемкости перестройки технологического процесса. При выполнении этих условий остается нерешенным вопрос: когда И йа основании каких данных перестраиваться? Чтобы принять та- решение, необходимо: оценить обстановку (спрос, потребность), тщрытъ содержание происходящего изменения обстановки, вырабо­тать план перестройки, определить перечень мероприятий для реа­лизации выработанного плана, оценить срок перестройки. Если сопоставить перечень этих действий с теми, которые необходимо вы­полнить, чтобы принять решение на управление, то они совпадут. Следовательно, по своей сущности понятия (категории) гибкости Я управления достаточно близки, что с практической точки зрения позволяет считать их аналогичными. Значит, гибкость е£и> не что иное как управляемость (способность к у прав­ку лению).

V Процесс сведения неизвестного (не изученного) понятия (явле­ния) к другому понятию (явлению) или их совокупности, считаю­щимся достаточно изученными, с позиций марксистско-ленинской диалектики является одним из методов научного познания.

Однако установления аналогии между понятиями гибкости и управляемости недостаточно для того, чтобы ответить на поставлен­ный вопрос, так как сама категория управления раз­работана недостаточно, чтобы ее можно было описать с использованием математического аппарата. Об этом свидетель­ствует факт, что такие фундаментальные накопители научных зн-а-; Ний, как энциклопедические словари, до недавнего времени, вообще не содержали определения понятия управления [9, 65]. Правильное понимание сущности управления является центральным вопросом в проблеме построения современных систем гибкого автоматизиро­ванного производства.

i

I

I

Такой же важной категорией, определяющей сущность ГАП, . является понятие автоматического производства. Под J§f ' if

автоматическим понимается производство без участия людей. Во всез^ описаниях ГАП толкуется как безлюдное производство. Однако в действительности человек в ГАП занимает центральное (ведущее) место: это операторы, наблюдающие с помощью АСУ за производ­ством, наладчики (ремонтники) роботизированных оконечных уст­ройств технологических линий, программисты, поддерживающие программные средства управления и разрабатывающие новые про­граммы для освоения последующих изделий. Но главным звеном в ГАП является система управления, реализующая сущность гиб­кости, т. е. перенастраиваемость производства на выпуск продукции заданных номенклатуры, качества и объема. В системе управления ГАП технические и математические (программные) средства выраба­тывают только информацию, на основании которой человек (управляющий, руководитель) принимает решения о перестройке и несет ответственность за ее реализацию со всеми вытекающими отсюда последствиями.

С этой точки зрения ГАП нельзя рассматривать как автоматиче­скую систему и строить (проектировать) ее, используя только ме­тоды теории автоматов. ГАП необходимо классифицировать как кибернетическую, или большую систему, кон­цептуально допускающую в едином процессе функционирования рав­ноправное участие людей и технических средств. К тому же нельзя, с нашей точки зрения, ограничивать рамки ГАП отдельно взятыми предприятиями. Требование гибкости функционирования необхо­димо предъявлять и к объединениям, их совокупностям, производ­ственно-территориальным комплексам, отраслям и экономике в це­лом. В этом смысле предметом рассмотрения в книге являются боль­шие системы различных масштабов, которые можно назвать авто­матизированными, но отнюдь не автоматическими. Проек­тирование, разработку и эксплуатацию таких систем можно осу­ществлять только с использованием принципов системного подхода. В настоящее время эти принципы разработаны еще недостаточно, чтобы ими можно было пользоваться как аппаратом создания боль­ших систем. В гл. 1 делается попытка представить принципы (за­коны) системного подхода в форме операционных правил, отража­ющих накопленный опыт и пригодных для практического примене­ния при проектировании, разработке и управлении классом больших систем.

Разработке и формализации понятия управления посвящена гл. 2. В ней анализируется сущность управления и его основных категорий, таких как оперативность, обоснованность, категоричность, охват, централизация, адаптивность, формальный и творческий под­ходы. Эти категории присущи только большим системам и, в первую очередь, звену «человек» в этих системах, организующему и реали­зующему акты принятия решений. Разработка, внедрение и исполь­зование таких систем, как СМОУ, позволит реализовать основные принципы системного подхода не только при проектировании боль­ших систем, но и непосредственно в процессе управления ими в ре­альном масштабе времени.

I Разработки, выполненные в главах 1 и 2, являются новыми и анее нигде не публиковались. Они дают инструмент в виде законов Системного подхода, с покощью которого формализуется описание Сущности процесса управления (гибкости). В свою очередь, это позво­ляет создать один из вариантов математического описания процесса ^правления в виде совокупности базовых моделей, адаптируя кото­рые под конкретные задачи, можно строить математический аппарат управления систем ГАП различного назначения. ;, В гл. 3 рассмотрены методы количественной оценки двух важней­ших категорий процесса управления: оперативности и обоснован­ности. Эти категории находятся в диалектически противоречивой связи: для лучшего обоснования решений органу управления си- схемы ГАП Потребуется затратить больше времени, что снизит опе­ративность ее работы, и, наоборот, повышение оперативности может уменьшить время, отводимое на процесс обоснования решений, что неизбежно .скажется на их качестве. Путь разрешения этого проти- ^речия — формулировка и решение соответствующих оптимиза­ционных задач. Отсюда ясна важность представленных моделей опе­ративности и обоснованности.

Положение с этими двумя категориями неодинаково. Оператив- Щрть имеет ясный физический смысл и может измеряться либо числом 4|уов решений в единицу времени, либо, что еще проще, обратной

_Ш

[ичин0й — временем выполнения циклов контроля и управления.

я определения оперативности необходимо тщательно проанализи­ровать вариант организации работы органа управления ГАП с управ­ляемыми объектами, составить граф выполнения работ по обоснова­нию, принятию и передаче решений, выяснить законы распределе­ния продолжительностей различных этапов управления на графе if. найти на нем критический путь, характеризующийся максималь­ным ожидаемым или гарантированным временем выполнения всех работ. При этом, конечно, необходимо для каждого из этапов опре­делить оптимальный режим работы, при котором та или иная вероят­ностная характеристика времени его выполнения минимальна.

Сложнее обстоит дело с обоснованностью. Методы формализации и определения обоснованности в литературе почти не рассматри­вались. Авторам известны лишь два предложения по этому поводу, конспективно сформулированные в работах [21, 47]. В работе [21] предлагается измерять обоснованность по относительному отклоне­нию между значениями критериев эффективности управляемого про­цесса для принятого и оптимального решений. Как показано в гл. 3 настоящей книги, этот подход страдает многими недостатками. Главный из них — возможность его использования лишь для ретро­спективного анализа обоснованности, когда тот или иной процесс Управления уже закончился и может представлять лишь историче­ский интерес. Кроме того, при таком подходе обоснованность оказы­вается непосредственно не связанной с параметрами организации работы органа управления, что не позволяет совместно рассматри­вать обоснованность и оперативность. В отличие от этого подход, предложенный в работе [47], фиксирует такую связь через число

альтернативных вариантов решений, которые успевают рассмотреть лицо, принимающее решение (ЛПР), и лица, обосновывающие реше­ние (ЛОР). К сожалению, неучет многих других факторов и суще­ственная зависимость от субъективно задаваемых величин делают подход, рассмотренный в работе [47], также малопригодным для использования. Более перспективным, возможно, окажется подход, развитый и описанный авторами. Он базируется на определении обоснованности как вероятности выбора правильного (приближенно оптимального) решения. Осторожность оценок в определении пер­спектив использования этого метода не случайна и обусловлена недостаточной исследованностью проблемы. В то же время его при­менение дало возможность сформулировать комплекс оптимиза­ционных задач, решение которых позволяет оптимальным образом спланировать работу органа управления.

Гл. 4 посвящена рассмотрению моделей планирования, с помощью которых решается широкий круг задач, возникающих в процессе управления ГАП: прогнозирование характеристик управляемых процессов, протекающих в ГАП, развития технических средств ГАП, потребностей в изделиях различных видов; оценка эффективности и выбор целесообразных способов использования средств и подсистем ГАП, а также ГАП в целом; оптимизация календарных планов функ­ционирования ГАП; оптимизация состава подсистем и сбалансиро­вание ГАП. В главе приведены новые разработки по моделям опти­мизации и сбалансирования состава ГАП.

- Г:

4

.Г\ 1

*

\

Комплекс задач оптимизации функционирования органа управ­ления ГАП рассмотрен в гл. 5. Компромисс между оперативностью и обоснованностью в процессе управления достигается в них путем максимизации обоснованности при соблюдении заданных ограниче­ний на время выполнения того или иного цикла или совокупности циклов. Решение оптимизационных задач обеспечивает целесообраз­ную организацию функционирования как органа управления ГАП, так и обеспечивающей его системы СМОУ. Первое очевидно, второе требует комментариев. Система СМОУ строится (должна строиться) по модульному принципу. Каждый из модулей обладает определен­ным функциональным назначением, а информационно (параметри- ^ J чески) характеризуется четко определенными перечнями исходных и выходных данных (ПИД и ПВД). Важнейшими характеристиками модуля являются также точность и время решения. Необходимость решения какой-нибудь из задач генерирует определенную совокуп­ность модулей, время реализации которой определяется временными характеристиками работы модулей и схемой их организации в задаче. Нетрудно представить себе ситуацию, когда ужесточение требований к оперативности при фиксированных характеристиках модулей может не позволить получить решения в заданные сроки. Поэтому в целях придания системе СМОУ свойства адаптивности к меня­ющейся обстановке каждый из модулей необходимо снабдить «дубле­рами», которые, будучи функционально и информационно эквива­лентными друг другу, обладали бы разными временем и точностью решения. При этом в зависимости от требований к времени решения

но было бы комплектовать задачу соответствующей совокуп- ью модул ей-дублеров, "стремясь к достижению максимальной юности результата, получаемого за время, не превосходящее данного. Именно такая оптимизационная задача рассмотрена гл. 5, причем под целесообразной организацией СМОУ понимается илучший вариант комплектации модулями-дублерами. Уместно етить, что терминология в этой области еще не установилась, рвоначально авторы называли модули-дублеры дубль-модулями, я сокращения в книге используется наименование «фэм», что под- ^ кивает функциональную эквивалентность модулей-дублеров. По- ^льку, однако, не менее важным является требование и информа- ^нной эквивалентности, этот термин также нельзя признать вполне ^чным. Проф. О. В. Сосюра предлагает наименование «модуль- ;йник». Возможно, наилучший вариант наименования будет £дложен .читателями книги.

10дин из подходов к синтезу формального и творческого в процессе ^ботки решений описан в гл. 5. Идея подхода была впервые ; жена в работе [21 ]. Детализация ее в настоящей книге показы- "^г, что дело сводится к разработке методов решения специфи- Ifcnx оптимизационных задач, в которых могут быть зафиксиро­ван значения произвольной части параметров управления. Суще- ^ иным моментом является также целесообразность включения ф|$сему обоснования и выработки решений модулей «подсказки» " шмендаций) для лиц, принимающих или обосновывающих реше- которые помогают им в целенаправленном поиске решений, "Формальных не только в рамках используемых математических мо­делей и критериев (формально оптимальных), но и с точки зрения _ЩВР (творческих).

6 посвящена рассмотрению моделей цикла контроля. Рас­ширены методы контроля по одному и нескольким параметрам 1ния с помощью специально конструируемых функций оценки е;гва управления. Основное внимание уделено контролю по гнозируемым значениям параметров состояния. Именно контроль с упреждением позволяет оценить необходимость Коррекции ранее принятых решений и время, которым располагает Для этого орган управления. Отметим, что наиболее простым и В то же время наименее типичным является контроль по одному пара­метру состояния. Это и понятно. Ведь управляемые системы ГАП в большинстве своем являются многоцелевыми, характеризуются множеством целей и получают в соответствии с этим от системы верхнего уровня задание по множеству параметров целеполагания. Многопараметрическое управление, как fи многопараметрический контроль, представляет собой сложную задачу. В связи с этим важно искать ситуации, в которых многопараметрический контроль может быть сведен к контролю по одному параметру или, во всяком случае, по существенно меньшему числу параметров,* нежели в исходной задаче. Оказывается, такие ситуации есть. Две|из них рассмотрены в гл. настоящей работы. В обеих с помощью перехода на более высокий уровень моделирования (уровень целеполагающей системы) удается получить объективные оценки важности параметров целе- полагания и либо резко сократить их число, либо даже свести кон­троль к одному параметру.

Задачи, рассматриваемые в главах 5 и 6, ориентированы на оптимизацию функционирования единичного контура управ­ления «ЕКУ», т. е. простейшей двухуровневой системы, в которой имеется орган управления и управляемая система, и сов о~к у~п- н о с т и <ЕКУ>, которая образуется внутри органа управления ЛПР и несколькими группами ЛОР. Во втором случае система управ­ления также является двухуровневой, но орган управления выраба­тывает решения для нескольких управляемых объектов. Каждый из них входит в отдельный <<ЕКУ>, число которых опреде­ляется числом управляемых объектов. В литературе такая система управления известна под названием веерной, но рассматривается под другим углом зрения, а именно [15]: какова общая эффектив­ность системы и как вырабатывать оптимальное решение на верхнем уровне, если каждый из управляемых объектов обладает правом при­нятия решения, руководствуется при этом своими критериями и поставляет органу управления агрегированную (обобщенную) ин­формацию о своих решениях и состоянии. Это — важное, но само­стоятельное направление исследований. Нас больше интересовали вопросы определения целесообразной продолжительности цикла управления и оптимального распределения этого времени между процессами обоснования решений. Идя по этому пути, можно рас­считывать на получение максимально обоснованных решений, а ^также требований к временным характеристикам работы системы и каналов связи.

Есть еще одна сложность в построении ГАП — отсутствие опыта. Можно предположить, что первыми гибкими автоматизи­рованными (то есть управляемыми с использованием человека) системами были войсковые.формирования. Во все времена войсковые формирования строились по принципу функциональных модулей: отделение, взвод, рота и т. д. Каждый модуль имел строго определен­ную функцию: пехотный, артиллерийский, кавалерийский и т. д. Модули (войсковые подразделения) гибко (т. е. оперативно) перефор­мировывались в зависимости от условий меняющейся обстановки. Решение главной цели войсковыми формированиями (достижение победы в бою, операции, кампании) во многом зависело от организа­ции управления, т. е. гибкости переформирования войсковых моду­лей с учетом изменяющейся обстановки. Именно в сущность процесса управления вкладывается содержание того, что требуется и от по­нятия гибкости: установить момент, когда надо производить переформирование, и каким по своему содержанию оно должно быть (как должна перестроиться структура исходных мо­дулей).

Для организации управления современными как военными, так и промышленными системами необходимо организовать разведку (войсковую или промышленную) в целях добывания информации о противнике (фирме-конкуренте); вскрыть замысел противника

ирмы-конкурента); выработать план проведения операции (план, упреждающего выпуска продукции с качественно-стабильными ха­рактеристиками, > превосходящими характеристики продукта, вы- р мускаемого фирмой-конкурентом); добывать информацию о ходе г |боевых действий (состоянии производства у фирмы-конкурента и. Обстановке на рынке); вырабатывать соответствующие мероприятия ■flpo коррекции ранее принятого плана в зависимости от характеристик ^вменяющейся обстановки и т. п. И все это необходимо делать система- Штически, с определенной цикличностью.

Для организации управления промышленным производством стран СЭВ этот процесс отличается тем, что «добывание информации» Д о фирмах, производящих аналогичную продукцию, носит характер У планового обмена замыслами в рамках творческого содружества при -организации выпуска новых видов продукции, плановой перестройки £§ЙФирм, чьи изделия выпускались с устаревшими характеристиками.

ро сам процесс имеет тот же содержательный смысл: необходимо „ ^ V оценивать состояние качества выпускаемой^продукци]!,^^^^^ ^ рынке, своевре^нно^осущ^ствлять плановые ме£опд^тия^пд1_

Ч Модернизации произвП71^Тва! ~ "

Так^ор^анйзуеТСЯ промышленное управление внутри стран СЭВ. Если же говорить о сравнении с капиталистической системой произ- - водства, то закономерности построения для систем военного и про­мышленного назначения аналогичны друг другу. Поэтому, хотя большинство примеров, иллюстрирующих теоретические положения, ориентировано в книге на народнохозяйственные системы, часть из них относится к военным системам. Это не должно смущать чита­теля.

Ему следует рассматривать как синонимы: командир — руко­водитель, штаб — плановый орган, приказ — распоряжение и т. д. В отдельных случаях по тексту делается дублирование этих тер­минов, но в ассоциативном восприятии (независимо от того, делается дублирование или нет) их следует отождествлять. Впрочем, можно предсказать, что в недалеком будущем практически вообще исчезнет! различие между организацией военных и промышленных систем,! о чем наглядно свидетельствует опыт японской промышлен-j ности.

Общеизвестно, что наибольшее неудобство при чтении современ­ной технической 'литературы вызывает обилие новых терминов, . которые вводят авторы. Особенно трудно читать книгу, когда после первого толкования термина в последующем изложении встречается eso аббревиатура. Следуя положительному начинанию одной из первых публикаций по ГАП [23], авторы также включили «Приня- тые сокращения». При этом они стремились сохранить все термины, предложенные в работе [23].

Новые термины, введенные авторами по тексту, приведены в ло- мацых скобках ( ). Они сформулированы на основании базовых терминов, определенных стандартами. В предлагаемой читателям книге нашли развитие отдельные фундаментальные понятия, изло­женные в работе [21 ]. По этой причине понятия и обозначения

,введенные там, по возможности были сохранены и в настоящей книге.

Придавая большое значение позиграфическому (образному) ме­тоду общения и изложения физцческой сущности исследуемых про­цессов, авторы там, где это возможно, приводят «картинное» описа­ние. Авторы надеются, что оно должно существенно облегчить пони­мание внутренней сущности процессов, усвоение и запоми­нание, а также оказать помощь при обсуждениях, докладах, лек­циях.

Список литературы ни в коей мере не претендует на полноту охвата проблемы и является лишь перечнем материалов, использо­вавшихся авторами.Глава 1

ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

ГАП как объект исследования и разработки является киберне- еской системой. Главное, что присуще ГАП, содержится в самом звании: сйстема является гибкой, т. е. способной изменять ю структуру и цель функционирования в зависимости от изме- ющихся условий обстановки. Реализация такой способности до- гается управлением. Это первая и основная черта кибернетиче- их систем, при рассмотрении которых необходимо учитывать: ную^! взаимосвязь между большим числом факторов, определяющих едение системы; неопределенность-в поведении системы в целом составляющих ее частей, возникающую в результате влияния слу­чных факторов и участия в процессе функционирования системы ^ей; наличие управляющих воздействий, благодаря которым ема, преодолевая неопределенности, должна «пробиться» к на- енной цели. Понятие кибернетической системы по отношению ГАП вводится для того, чтобы выделить способ рассмотрения по- дения управляемых систем с учетом всей присущей им сложности. ^Изучением свойств таких систем занимается системология, ме- ами проектирования, разработки и управления—системотех- Обе эти научные дисциплины призваны придать концепциям темного подхода стройность и завершенность научной теории, «ако эта проблема до настоящего момента все еще находится в со­разработки и становления. Для решения вопросов проектиро- п*я, разработки и управления кибернетическими системами раз­матываются отдельные частные инструменты в виде практических 'омендаций по методам системного подхода. На основании обобщения этих рекомендаций предлагается вариант "ожения законов (принципов) системного подхода в форме опера- ~ных правил, отражающих накопленный опыт и пригодных для актирования, разработки и управления классом систем, к кото- относятся системы ГАП.

Свойства систем

« Понятие системы. Понятие системы в том виде, в котором оно гребляется в настоящее время, появилось в 50-е годы. Тогда ло ясно, что отдельное техническое средство, каким бы совер­шенным оно ни было, не в состоянии решить конечную задачу, что" только комплекс надлежащим образом согласованных технических средств и обслуживающих их людей имеет тенденцию вести себя как нечто целое. Так в новом содержании на свет появилось понятие «система», которое произвело едва ли не самые серьезные изменения в практике и организации инженерных разработок с тех пор, как началось массовое применение инженерного труда.

Прежде всего изменилось содержание понятия «разработка си­стемы». Раньше главной задачей разработки было создание сред­ства— самолета, корабля, танка, станка и т.д. Средство было предметом основного рассмотрения, конструирования, испытания и оценки. Все необходимое для оснащения этого средства подгоня­лось под него или проектировалось заново. Например, для самоле­тов или танков разрабатывались новые виды оружия или существу­ющее оружие модернизировалось, чтобы оно было пригодным для данного средства. Новые станки встраивались в существующие тех­нологические линии и зачастую не давали ожидаемого эффекта. ' Теперь первичным стало не средство, а цель, которая должна быть достигнута. Для достижения* выбранной цели стали формиро­вать определенную совокупность технических и организационных средств с учетом обслуживающих их людей, которая способна реа­лизовать эту цель, т. е. создавать систему. Тесно связанное с не- j обходимостью гарантировать достижение той или иной цели, поня­тие «система» послужило отправным пунктом для создания разнооб­разных методик выбора и конкретного определения цели, методов вычисления вероятности ее достижения в различных условиях об­становки, определения эффективности функционирования системы, стоимости ее разработки и многих других элементов, составивших сущность системного подхода.

Структура подразделений для исследования и разработки систем стала строиться по принципу составляющих подсистем. Выбор и оценку отдельных частей системы стали производить только в рамках системы в целом — с учетом ее взаимосвязей с другими системами. Для улучшения планирования и управления проектированием и раз­работкой систем были созданы специальные методы сетевого проекти­рования, которые известны,как системы типа PERT. Для разработки систем стали создавать комплексные коллективы, включающие специалистов различных профилей: инженеров, математиков, физи­ков, экономистов, химиков, психологов, социологов и др. Появилась необходимость готовить специалистов новой профессии, владеющих знаниями в области теории вероятности и математической статистики, математического программирования, электронных вычислительных средств, методов моделирования, технической психофизиологии и других смежных дисциплин.

Что же такое система? Понятие это широко распространено: «система Дарвина», «система Менделеева», «система Станислав­ского», «система вала», «система отсчета» и т. п. [11 ]. Давно известно и толкование понятия системы как «...составленного из частей объек­тивного единства закономерно связанных друг с другом предметов,

влений, а также знаний о природе и обществе» [И ]. Этим термином бозначают также: 1) определенный порядок в расположении и вязи частей чего-либо; 2) форму организации чего-нибудь; 3) поря- ок, обусловленный планомерным, заданным расположением частей, рапример организацию системы расчетов; 4) совокупность принци­пов, служащих основанием для какого-либо учения; 5) форму об­щественного устройства; 6) совокупность частей, связанных общей функцией, например систему кровообращения; 7) совокупность Хозяйственных единиц, учреждений, организационно объединенных ^ единое целое; 8) техническое устройство, конструкцию; 9) то, что Цггало нормальным, обычным, регулярным, например утреннюю ^зарядку и т, д.

Р В соответствии с приведенными формулировками болт и гайку можно рассма­тривать как крепящую систему. Если к этой совокупности элементов добавить &айбу и контргайку, получится более надежная система крепления. Во всем этом JpeT сложности. Но подготовка этой простой крепящей системы для использования 3§ космической среде (например, в атмосфере Венеры), когда придется учитывать высокие температуры и давления, коррозионно-опасные влияния среды, параметры ВДщорой известны лишь гипотетически, а также последствия термических и механи- ^Дрёеких ударов, становится сложной комплексной проблемой, -i^v Такая крепящая система существовала века. Структура ее и сейчас не измени- '^'5яась. Однако раньше не было необходимости называть ее системой и рассматривать всем многообразии с позиций системного подхода. Проблема улучшения системы Jp; решалась, как правило, отдельными людьми. Система улучшалась постепенно, в те- ^ние веков, в основном за счет улучшения материалов и технологии изготовления деталей.

ftkv / Применение этой системы для космических аппаратов нельзя рассматривать Ли изолированно. Ее следует оценивать в составе всего огромного космического комп- ' лекса, предназначенного для доставки аппарата к заданному космическому телу, щЭто требует использования обширного арсенала знаний, совмещения функций раз- : Щ личных производств, организации работы большой группы коллективов. Кроме того, ЩШв сложная система должна быть задумана, исследована, разработана, проверена "^Гна образце, испытана, оценена, модернизирована, запущена в производство и вве- в строй, как правило, в .короткие сроки.

На современном этапе как бы пропали простейшие механизмы, рриборы, формирования. Сложность решаемых проблем обусловли­вает необходимость создания особым образом организованных фор­мирований, в которых они сами по себе теряют свое первоначально самостоятельное значение и могут рассматриваться лишь как часть более общего, целого, т. е. как система. Подчеркнем еще раз, что само название «система» для таких формирований применяется не столько для того, чтобы их классифицировать, сколько в целях выделения нового способа рассмотрения структуры и поведения комплексного объекта, основанного на учете всей присущей объекту сложности.

Таким образом, с точки зрения системного подхода объекты, входя­щие в данную систему, должны рассматриваться не сами по себе, не изолированно, а в связи со многими другими объектами и явлениями.

В практике это очевидно: ни одно живое существо, ни одна ма­шина, какой бы совершенной она ни была, ни один коллектив не могут существовать вне связи со своим окружением. Но связи объек­тов в природе, обществе и технике широки и разнообразны/Изучить

и описать все эти связи при решении какой-либо конкретной задача практически невозможно, а теоретически — бессмысленно. Доста­точно выделить только наиболее устойчивые связи, непосредственно и значительно влияющие на решение поставленной задачи и подда­ющиеся реальной оценке.

Вот для этой конкретной цели используется понятие системы в его особом значении — как совокупности конкретных объектов, существование и деятельность которых взаимосвязаны и взаимо­обусловлены в силу достаточно определенных обстоятельств. В си­стемы могут объединяться самые разнообразные предметы: как неорганической природы (физические тела, геологические образова­ния, химические вещества), так и органической (растения, животные, биологические образования), а также абстрактные представления (понятия, гипотезы, теории, знания). Практически состав системы не ограничен. Могут создаваться системы, включающие в себя в раз­личных сочетаниях материальные предметы и абстрактные представ­ления. Однако каким бы ни был состав элементов, главным свойством нового формирования, дающего ему право именоваться системой, должна являться его целостность, т. е. появление у данной совокупности объектов таких свойств, которых нет у каждого из них в отдельности.

Наиболее полно и последовательно свойства систем и один из вариантов математического аппарата для их изучения изложены в работе [59]. В ней системология рассматривается как наука о по­тенциальной эффективности сложных материальных систем, уста­навливающая пределы их надежности, помехоустойчивости, управ­ляемости и самоорганизации. Система определяется структурой я поведением. Под структурой обычно понимается инвариантная во времени фиксация связей между элементами системы, задаваемая с помощью графа. Под поведением (<функционированием) понимаются ее действия во времени. Изменение структуры системы во времени рассматривается как ее эволюция.

Под сложной будем понимать систему, способную вырабатывать решения, — в отличие от простой, не обладающей таким свойством. Сложную систему, в составе которой функционирует хотя бы один человек, будем именовать большой.

В мире различают три последовательно возникшие и взаимодей­ствующие иерархии систем: физико-биологическую (атом, молекула, клетка, особь, стадо, популяция, биоценоз, биосфера), социальную (человек, коллектив, общество, сообщество, человечество) и тех­ническую (орудие, машина, прибор, ЭВМ, комплекс). Объединение отдельных систем из разных иерархий или частей приводит к сме­шанным классам, отражающим свойства своих представителей. Системы ГАП, являющиеся предметом исследования в книге, пред­ставляют собой объединения из классов социальной и технической иерархий.

Закономерности развития. Установлено, что классы сложных систем с повышением их уровня в иерархиях обнаруживают следу­ющие закономерности поведения [59].

В 1. Разнообразие (числа различных систем данного класса) воз- |шстает. " '

щ 2. Распространенность (число однотипных систем) убывает. Щ предельном случае наличествуют лишь единичные экземпляры си- |£тем высших уровней иерархии. Такие системы являются уникаль- гными.

i; 3. Сложность (число элементов и связей между ними, разнооб­разие реакций на внешние воздействия) возрастает. I 4. Устойчивость (способность системы противостоять внешним (возмущающим воздействиям) имеет тенденцию к понижению при ^переходе от физико-биологической иерархии к социальной и далее Ik технической. Устойчивость физических систем уменьшается, [II биологических возрастает с ростом их сложности. |f*f' 5. Эмергентность (степень несводимости свойств системы к свой- Щйам составляющих ее элементов) возрастает. #4 Указанные общие закономерности развития классов систем ИЮерархиях носят эмпирический характер и подлежат дальнейшему Щ^яению. Для нас представляют интерес две особенности:

вытекающее из общих закономерностей возрастание слож­или и эмергентности систем при объединении их в смешанные Ийссы;

возможное возрастание устойчивости системы смешанного ■Нсса, комплектуемой из элементов различных иерархии. ^ШЩетод изучения. Современному читателю нет необходимости Шшазывать, что изучение большинства сложных, а тем более боль- 1||х систем путем прямых экспериментов над ними в целом невоз- сно, а над их частями вследствие эмергентности практически Я&юлезно. Известно также, что в этих условиях практически повсе- «Шно вместо эксперимента над системой проводят эксперимент над ЭЩ* ыя тематической моделью, которая строится для >^г||Шания функционирования системы и реализуется в ЭВМ. Ш различают имитационные (портретные) и оптимизационные К моделям обоих классов предъявляется требование осуще- t^PtMocTH, которое в работе [59 ] формализуется следующим образом: С Ш^роятностью не меньше заданной величины Fq время достижения ,Д£ЛИ системой (в данном случае — время эксперимента с помощью #^тационной модели или время выработки рекомендаций по опти- .^$яьной структуре, оптимальному поведению системы) не должно ррйвосходить заданного значения Т₀. Построение математических %Й>делей базируется на следующих трех принципах [59].

инцип формирования законов. Постулируются Р*$ществимые модели, а из них выводятся законы сложных систем.

Согласно данному принципу, теория состоит из гипотез, фор­мализованных в виде математических моделей. Выводимые из них ^оремы (законы) должны допускать возможность проверки соответ­ствия части следствий из них доступным для эксперимента характе­ристикам оригинала. Другая часть следствий может быть использо- Д^ля теоретического прогнозирования соответствующих пара­метров изучаемой системы.

Соглашаясь с автором работы [59] по существу, его формулировку первого принципа, приведенную выше, нельзя признать удачной. При таком подходе теряется категория закона, а остается лишь по­стулируемая модель. Действительно, утверждается, что «...законы выводятся ... в виде теорем ... из моделей». Но то, что «выводится», т. е. получается с помощью того или иного логического формализма, не является, строго говоря, законом, а представляет собой, как спра­ведливо отмечает и сам автор, теорему, следствие и т. п. Конечно, и теорема является отражением закономерностей и тоже может быть названа законом, но не основным. С другой стороны, модели, из которых «выводятся законы», как утверждает автор, постули­руются. Такая формулировка недостаточна. В конечном итоге они действительно постулируются, но это в самом деле итог, результат отсеивания и выбора из совокупности ^мыслимых моделей одной. Нам представляется, что противопоставление здесь физикализма и сдотемологии не оправдано. Необходимо лишь отметить, что в фи­зике отсеивание гипотез (поиск закона) ведется на основе экспери­мента над самими системами, для которых ищется закон, а в систе- мологии — эксперимента над моделями систем. Та из моделей, с помощью которой удается объяснить и предсказать большинство фактов, наблюдающихся при функционировании больших систем, может считаться законом — до тех пор, естественно, пока не появится модель, объясняющая и предсказывающая большее число фактов. Таким образом, в системологии законами являются, по сути, модели. Поэтому более уместной представляется такая фор­мулировка первого принципа:

Основным законом сложной системы является ее модель. Осталь­ные законы выводятся из модели в виде теорем.

Это более строго согласуется с принципами, изложенными в ра­боте [30], и подчеркивает, что система как объект исследования настолько сложна, а зачастую и уникальна, что может быть изучена только с помощью математических моделей и моделирования на ЭВМ. С другой стороны, из первого принципа вытекает, что модель сама является сложной или большой системой, отличающейся от оригинала лишь возможностью проведения над ней экспери­ментов.

2. Принцип рекуррентного объяснения. Свойства системы выделенного уровня объясняются исходя из посту­лируемых свойств элементов систем непосредственно нижестоящего уровня и связей между ними.

Таким образом, в моделях сложных систем в качестве исходных элементов должны рассматриваться достаточно интегрированные их подсистемы с заданными свойствами и связями между ними. При каждом восхождении на следующий иерархический уровень система предшествующего уровня делается элементом системы следующего уровня.

Принцип минимаксного построения .мо­де л е й. Теория должна состоять из простейших моделей систем нарастающей сложности. Каждая из них должна хотя бы в мини

-

2. тльной степени отражать каждый из нарастающих уровней слож- ости поведения систем.' Третий принцип является современным кибернетическим ва- |иантом принципа «бритвы Оккама» («не следует делать посредством эльшего то, чего можно достичь посредством меньшего») и утверж- ает, что математические модели систем должны быть простыми, ресмотря на свою неконструктивность (отсутствие указаний на то, £ак его реализовывать) этот принцип имеет большое значение, ори­ентируя исследователей на предпочтительность приближенного учета эльшего числа аспектов поведения систем (факторов) детальному ^гчету меньшего числа факторов.

При построении моделей сложных систем понятие о п т и м и- ационной модели является основным, так как основное войство сложных систем — наличие цели и необходимость достиже­ния ее экстремальным образом. Формальное задание цели сводится заданию целевых функционалов для системы и ее модели соответ- гвенно. Определение экстремальных значений функционалов яв- яется основным содержанием оптимизационных моделей. Относи- £льность сложности системы приводит к понятию иерархии систем

следовательно, к иерархии целевых функционалов. || Для сложной системы характерно наличие а к та решения,! l*. е. в такой системе должен присутствовать механизм, о^уществля-1 Црш функции управления. ^ Реализация только одной цели в каждом контуре управления ^стически означает декомпозицию исходной системы и, следова- дано, декомпозицию оптимизационной задачи выработки управ- эщих параметров на подзадачи. В то же время декомпозиция |го процесса управления требует дополнительных средств для Эрдинации и согласования решений, вырабатываемых в механиз- jb реализующих функции управления.

1.1

^рсновные свойства. Методологической базой/тистемологии яв­ится ее принципы, методом — системный подход, лежащии в основе &лиза и проектирования сложных систем. Описанию принципов емного подхода целесообразно предпослать характеристику основных свойств сложной (большой) системы (рис. 1.1). При опи­сании свойств систем будем ориентироваться на результаты работ г 14» 26, 34, 40]. В частности, в работе [4] акад. В. Г. Афанасьевым ^выделено 10 основных свойств целостной системы, л 1. Система обладает интегративными качествами которые являются одним из системообразующих факторов, опре­деляют цель создания системы и характеризуют, таким образом, $|язь с системами высших уровней, в интересах которых создается гая система. Эмергентность системы условно изображена на

соотношением Е_с Ф 2 ^гД^е Еа — свойства компонентов

*\1шетемы. Отмечена также зависимость интегративных качеств от ^руктуры системы S, системного (D) и реального (Т) времени, ;£ройств компонентов системы А и способа ее функционирования F, е. Е -

Е_с (S, D, Т, A _f F). Изучение эмергентных качеств пред-

^авляет большой интерес, поскольку позволяет выяснить, в че

м

и насколько сложная система отличается от конгломерата подсистем.

2. Система (целое) представляет собой единство определенного минимума своих частей, единство противоположно­стей компонентов А. Характеристика компонентов си­стемы — важнейший этап описания ее свойств. В качестве компонен­тов могут выступать подсистемы и элементы (членение по расположе­нию компонентов в иерархической структуре системы), а также пред­меты, процессы или отношения (членение по природе компонентов). Качественные особенности системы порождаются взаимодействием ее компонентов. Компоненты, несовместимые с системой или^дцуги^и компонентами, отторгаются системой, отмидают, уни^ожаются, наконец. Функционирование компонентов является!ПГГТШ^

лом в системе. Для сложных систем характерна неоднородность ком­понентов: одни выполняют основные функции, другие — обеспече­ния, третьи — функции управления и связи; В этом смысле можно говорить о многообразии природы подсистем и элементов системы, которая характеризуется их различным назначением и разнообраз­ной физической сущностью. В заключение характеристики этого свойства сложных систем отметим, следуя работе [4], относитель­ную самостоятельность компонентов системы. Компоненты, подчи­няясь целому, «...обладают ... определенной степенью свободы... Самостоятельность частей, находящая свое выражение в их диффе­ренциации, пространственно-временной локализации и специали­зации, — необходимая предпосылка взаимодействия частей, их сцеп­ления в рамках целостной системы, зарождения и развертывания внутренних противоречий между ними, являющихся движущей силой всякого целостного образования».

2. Важнейшей характеристикой системы является ее струк­тура S, т. е. внутренняя организация, устанавливающая способы взаимосвязи и взаимодействия компонентов, организацию выполне­ния функций целого в пространстве и времени (функционирования системы), реализацию отношений координации и субординации в системе. Являясь выражением «связи и размежевания» компонен­тов, структура «интегрирует, связывает, преобразует их, придавая общность, целостность и устойчивость системе» [4]. «Структура подвижна, динамична, .изменчива», следуя за изменением функций системы, ее компонентов и отношений с внешней средой. Для боль­шой системы характерны многомерность, определяющаяся большим числом связей между ее элементами и подсистемами, и многообразие структуры, связанное с разнообразием структур подсистем, а также способов их объединения в систему.

3. Высшим смыслом существования системы является ее ц е- лесообразность Z, т. е. практическая достижимость ее целей. Любая система создается во имя достижения определенных целей. Другими словами, цель является одним из важнейших систе­мообразующих факторов. Цели системы определяют цели компонен­тов: Z/ = Zj (Z) (j = 1, /), где J — число подсистем.

Необходимо подчеркнуть, что большие системы, как правило, являются многоцелевыми. Это определяется многообразием требова- 28

предъявляемых к исследуемой системе со стороны других си- . Под влиянием внешних условий целесообразность существова­ли системы и ее цели могут изменяться.

5. Формой существования системы является функциони­рование F. Оно направлено на достижение ее целей, определяет I поведение в различных условиях обстановки, является источником развития. Для описания функционирования необходимо задать 1боры функций системы и ее структурных элементов. Между ними |ществует иерархически упорядоченное соответствие. Влияние йешней среды, эволюция структуры и компонентов влекут за собой вменение состава и содержания функций системы, изменяют ее /нкционирование, поведение. Как отмечено в работе [59], к настоя- рму времени обнаружены следующие основные принципы услож­няющегося поведения: а) вещественно-энергетический баланс (соблю- *ие законов сохранения); б) гомеостазис; в) самоорганизация на юве выбора и коррекции решений; г) опережающая реакция или ^адаптация, т. е. адаптация к возможным и предвидимым в буду- #' изменениях в условиях функционирования системы; д) рефлек- или опережающее отражение, возможное при взаимодействии гем с интеллектом и основанное на рассуждениях типа «он ду- что я думаю, что он думает...». >

к

Свойство коммуникаций К определяет связи и взаимо- йствие системы с внешней средой, которая является необходимым ||вием существования системы. При характеристике внешней среды ует иметь в виду, что «...каждая система всегда есть компонент feofi, более высокого уровня системы, и сама, в свою очередь, обра­зна из компонентов более низкого уровня... Система более высо- уровня ставит перед данной системой цели и задачи, выделяет ^рсы, устанавливает ограничения» [4]. Содержанием коммуни- является обмен со средой: материей, энергией и информацией. Введение специфического системного, времени D целью подчеркнуть два обстоятельства: а) необходимость ан^л^за систем в динамике, т. е. в их движении и развитии, проте­кающем во времени (и пространстве); б) обязательное наличие таких И фундаментально значимых этапов в процессе функционирования!? систем, как их зарождение, становление, развитие, регресс и гибель.|1 Шреход от одного этапа жизненного цикла системы к другому со­провождается изменением целесообразности Z — возрастанием и Достижением максимума на этапе развития и последующим убыва­нием на этапах регресса и гибели системы (рис. 1.1). Эта зависимость Дря этапов развития и регресса может принимать пилообразный благодаря периодически проводимым модернизациям системы, ^гда же оказывается, что стоимость модернизации становится сопо­ставимой со стоимостью создания новой системы, быстро прогресси- старение и гибель старой системы неизбежны.

Источником движения и развития системы являются в н у- ^енние поотивооечия

противоречия между компонентами системы, ^Учение внутренних противоречий позволяет прогнозировать раз­витие компонентов системы, связей между ними и их функций.

9. Источником формирования хистемы, ее целей и функций яв­ляются внешние противоречия (противоречия межд, системой и средой).

к г 10. Важнейшим свойством сложных систем является их способ­ность к управлению и самоуправлению, обеспе­чивающая достижение целей. Содержание категории «управление» подробно анализируется в гл. 2. Здесь укажем лишь, что конечной задачей управления всякой системой, выраженной в самой общей форме, является достижение заданной цели с возможно большим по­лезным эффектом при наименьших усилиях и затратах. Этой каче­ственной формулировке цели управления отвечает многокрите­риальная задача оптимизации, поскольку любой сложной системе с самого начала ставится несколько целей: максимизировать целе­сообразность системы с одновременной минимизацией расхода ресур­сов различных видов. На практике дело сводится к отысканию ком­промиссных вариантов структуры и поведения системы, обеспечива­ющих наилучшее в определенном смысле удовлетворение этим про­тиворечивым требованиям. В соответствии с принципами усложня­ющегося поведения управление должно быть динамическим, иначе невозможен даже гомеостазис, и осуществляться с прогнозирова­нием — во всяком случае начиная с уровня систем с самоорганиза­цией. Управление с прогнозированием может осуществляться с уче­том нечеткости (расплывчатости) множеств целей и условий (ограни­чений) функционирования системы [43].

1.2. Принцип целеобусловленности

В предыдущем параграфе было показано, что понятие системы появилось как следствие современного этапа НТР. Неудачи при создании за рубежом в послевоенные годы некоторых объектов военного назначения отчетливо показали, что достижение заданных целей может быть обеспечено только определенными комплексами технических средств и обслуживающих их людей, организованными с учетом значительного числа связей друг с другом и внешней средой. Эти комплексы назвали системами.

Как, на основании чего должна формироваться система? Анализ действий, совершаемых людьми или управляемой ими техникой, — независимо от их конкретного содержания — показал, что они могут быть представлены как наборы стандартных задач, реализующих определенные цели. Следовательно, цель является первичной. Именно для ее достижения создаются специальные формирования, именуемые системами. Этот факт и отражает первый принцип систем­ного подхода ((ПСП)), называемый принципом целе­обусловленности:

Цель первична. Для ее реализации (достижения) дол­жна формироваться надлежащим образом организован­ная совокупность технических средств и обслуживаю­щих их людей, т. е. система.Первый, (ПСП), принятый в качестве отправного для разработки i исследования систем, порождает первое следствие: Следствие 1. Данная (исследуемая) система может быть дана, если ей задана цель.

Первый (ПСП) и следствие 1 устанавливают, что конкретная тема не может рассматриваться самостоятельно. Для ее исследо- |ия в целях анализа и синтеза необходимо прежде всего определить see общее формирование, куда она входит как элемент. Практи­ки это означает, что решению любой прикладной задачи предше- (;ует проведение более общих исследований совокупности объектов, юторыми связан данный объект, предполагаемый к рассмотрению К система.

рРбщая (главная, глобальная) цель, поставленная перед системой, рождает множество часФных (локальных) целей, поскольку, как шило, общая цель непосредственно не достижима и необходимо релить ряд подчиненных ей частных целей, достигая которые жно придти и к заданной общей цели. Локальные цели, таким об- Iggi, выступают как средства достижения глобальной цели. Шроцесс формирования множества локальных целей не форма- шдеан. Одной и той же глобальной цели могут отвечать различные Ирества потенциальных локальных целей. Пока не выработана ■шначная программа достижения главной цели, на множестве И|циальных целей действует лишь отношение достаточности, Ш можно утверждать, что некоторое подмножество целей доста- Ярдля достижения данной цели [63]. Фиксация программы позво- SR упорядочить множество локальных целей. В упорядоченном Н&^стве целей Ц действует отношение необходимости, которое ■юетворяет аксиомам порядка: асимметричности, транзитивности ЯВрексивности [63]. Любые две цели X и Y множества Ц упоря- Ню*: цель X младше (предшествует) цели Y, если для достижения Hp необходимо достижение цели X. Такая структура множества * Нш Ц не всегда является «деревом», так как дерево — связный ■Врез циклов, а в множестве Ц достижение цели X может быть ||Нрдимым для достижения нескольких целей. Тем более не яв- ||(В*.деревом неупорядоченное множество локальных целей, воз- ^l^fee при первоначальном анализе средств достижения гло- цели. Исследование этого множества, отсеивание и выбор рфйциальных локальных целей, постепенное сужение круга рассма- ЮЙаемых средств (целей), установление отношения порядка между ручными локальными целями позволяют в конце концов оформи» упорядоченное множество целей, отвечающее вполне опреде- дШой программе достижения главной цели. Процесс упорядочения тожества целей — важнейший этап проектирования системы,*: во ЙР^0М определяющий ее структуру и общесистемные характери- Шки.

^Системе может быть задано и несколько "глобальных целей.

случае должен быть также задан принцип компромисса, «пример указанием последовательности достижения целей (сначала рее важных, а затем менее важных). Если принцип компромисса

Ik • 31

у не задается, он может быть выдвинут на уровне проектирования j самой системы, но обязательно должен быть согласован с целепо- > лагающей системой.

ь В процессе функционирования цель системы может меняться. II Соответственно этому должны меняться структура или (и) способ функционирования системы. Цель обусловливает структуру и пове­дение системы. Это, собственно, и послужило основанием для вы­бора наименования первого (ПСП). Возможны и другие наименова­ния, например «целепервичность», «целезависимость» и т. п. Пред­ставляется, однако, что «целеобусловленность» лучше подчеркивает динамический характер следования структуры и поведения системы ее целям. Особенно это характерно для систем ГАП, определяющей чертой которых является гибкость, т. е. перестраиваемость в про- / цессе функционирования в связи с изменением целей или условий * обстановки. Тем не менее о наименовании первого, да и последу­ющих (ПСП) можно спорить. Необходимо только учесть, что авторы стремились в лаконичной форме отразить существо принципа и обеспечить при этом по возможности его однозначное толкование.

Цель должна задаваться в формализованном виде — в форме спецификатора. Структура спецификатора может быть самой разно­образной в зависимости от конкретной цели.

Таблица 1.2 Спецификатор среднего уровня для задания цели элементу ГАП, производящему систему крепежа	Параметры целеполагания
		Характеристика
	Наиме­нование	Размеры, мм		Я О А СО 4> О,	3 s а \о л СО	0? . я Л ® Я ее ц 31
№ п/п		тела	го­ловки	G3 К S	О, (-> Я а	с <и к
1 2 3	Болт Гайка Шайба	100X8 10X12 2X8	10X12 16	60	1/4 1/4

Таблица 1.1 Спецификатор верхнего уровня для задания дели элементу ГАП, производящему систему крепежа 1 № п/п	Параметры целеполагания
	Наиме­нование	Характеристика: число выпускаемых изделий (шт.)
		Час	Смена	Год
1	Болт	10
2	Гайка	20
3	Шайба	20

В табл. 1.2. представлен спецификатор среднего уровня для задания техноло­гической цели узлу ГАП, производящему крепежную систему.

В табл. 1.3 представлен более сложный спецификатор. Он может быть рекомен­дован для задания цели на производство одного из полуфабрикатов, которые после­довательно преобразуются в программное изделие.

Наиболее развитую форму спецификатора можно продемонстрировать на при­мере задания следующей цели: разработка технического задания на изготовление программных изделий широкого назначения (рис. 1.2). Этот спецификатор имеет

Например, для узла ГАП, производящего крепежную систему, спецификатор для самого верхнего уровня контроля имеет простой вид, представленный в табл. 1.1. На этом уровне цель функционирования узла ГАП задается числом из­делий, которое должно производиться в заданные временные интервалы.

Вольно сложную иерархическую структуру. Для описания правил его разработки Выполнения необходимо создание специальных инструкций и автоматизированных Кнических средств.

В Первый принцип является основополагающим не только для Воцесса исследования и разработки системы. Его применение Ваяется основой и для контроля функционирования созданной си­ноды. Если система не обеспечивает реализацию заданной цели или ■достаточно полно и своевременно реагирует на ее изменение, ■Г следует считать, что система спроектирована неудачно, она Влжна быть модернизирована или заменена другой. Если отклоне­ние фактического состояния системы от заданного (необходимого) Вблюдается лишь в течение некоторых отрезков времени, то это Вжет служить основанием для вывода о недостаточной оператив- Всти управления системой или невысоком качестве принимаемых Ви этом решений. При изменении цели важно знать, как и в какой Бок на него реагирует система, какова инерционность или гибкость Встемы. Только при возможности выполнения всех этих важных Вякний первый принцип можно считать конструктивным. Отсюда ■рдует необходимость соблюдения двух условий: Вш цель должна быть сформулирована таким образом, чтобы Вможно было оценить (задать) количественно; Вг$) в системе должен быть механизм, позволяющий оценить сте- Вр> достижения заданной цели. ВР||з этих условий вытекает второе следствие: В№ледствие 2. Данная (исследуемая) система может суще- Шммать, если она содержит механизм достижения цели, количе- щЬвенно характеризующий в каждый момент времени степень соот- ^ШШтвия поведения системы заданной цели.

Ш^ля функционирования механизма достижения цели необхо- Ipil определенный набор постоянно обновляемых количественных и алгоритм их обработки для вычисления оценок качества у1^щления. Качество управления w будем отождествлять здесь ФДбдощим в формулировку следствия 2 понятием степени соответ- доведения системы заданной цели.

⁴ мМробнее вопросы формирования функций контроля за поведе- ^:ййём^;;Щ|стемы — функций качества управления w — рассмотрены Щ гл. Здесь укажем лишь, что функция w зависит от значений ^арцмэдюв (функций) целеполагания /С_г(0> формализующих задан­ные едс^еме цели, и параметров Х_г(0, характеризующих фактиче­ское состояние системы:

w = w({K_r(t)}, {Х_г (0». (1.1)

В простейшем случае однопараметрического управления это может быть выражение вида

w (t) = X (t)/K (t) (1.2)

или подобное ему (см. п. 6.2).

Таким образом, необходимость оценки качества управления, т. е. реализации уравнений (1.1) или (1.2), требует формализованного

33

ДР.

2 Морозов В. П. и

С«3

ov

Часть полуфабриката	Совокупность элементов полуфабриката	Элемент полуфабриката	Исполнение
			Этап	• Форма	Действие
1. Введение	—	Наименование программы Характеристики области применения Наименование и характеристика объекта
2. Основание для разработки	—	Документы, на основании которых ведется разработка Организация (лицо), утвердившее документ, дата его утверждения Наименование и условное обозначение те­мы разработки
3. Назначение раз­работки	—	Цели разработки Функциональное и эксплуатационное на­значение
V.	4.1. Требования к функци­ональным характеристикам	Состав выполняемых функций Организация входных и выходных данных Временные характеристики Объем памяти
	4.2. Требования к надеж­ности	Обеспечение надежного функционирования Контроль входной и выходной информации Время восстановления после отказа			J

Спецификатор документирования на производство полуфабриката программного продукта

Таблица 1.3 i

h |	;4.з, 1вкстутШ"	'ПаЖЯСТОВ;
	4.4. Требования к техниче­ским средствам	Требования к инструментальным сред­ствам проектирования Требования к инструментальным сред­ствам разработки Требования к инструментальным сред­ствам ^выпуска
4. Требования к про­грамме или програм­мному изделию	4.5. Требования к инфор^- мационной и программной совместимости	Информационные структуры на входе и выходе Методы решения Ассемблеры Алгоритмические языки высокого уровня Состав программной поддержки Базы данных Операционные системы			-
	4.6. Требования к марки­ровке	Маркировка программного изделия Варианты и способы упаковки
	4.7. Требования к транс­портированию и хранению	Условия транспортирования, места и ус­ловия хранения, условия складирования Сроки хранения в различных условиях Время хранения эталона на носителе Необходимость получения копии эталона
	4.8. Специальные требова­ния	4.8.1. Требования заказчика спецтехники

		Продолжение ~				табл. 1.3
Часть полуфабриката	Совокупность элементов полуфабриката	Элемент полуфабриката		Исполнение |
			Этап	Форма	Действие
5. Требования к про­граммной докумен­тации 1	5.1. Графически-словесная схема реализуемого процес. са: Структура си- стемы (технических и программных^средств) Описание техни­ческих средств Описание про­граммных средств ^ 5.1 А. Взаимодействие техяическях1п1про?рш~х * мных средств	Назначение системы Характер взаимодействия Функции технических средств Функции программных средств Необходимые дополнения 5.1.2.1. Состав элементов IH'oo' 0араметры' характеризующие элемента o.i.^.d. Начало состояния действия !И'о* с' Конец состояния действия 5.1.2.5. Варианты перехода из начального со­стояния в конечное c'J'o't £ыделение параметров целеполагания о. i.z.7. Установление приоритетов для исходны* данных Обобщенный вариант графически-сло­весной схемы процесса Выделение признаков подсказки Состав Параметры, характеризующие элемен­ты Начало состояния действия Конец состояния действия Варианты перехода из начального со­стояния в конечное k'J'o'S' ^Д^6"116 параметров целеполагания o.l.J.7. Установление приоритетов для исход­ных данных 5.1.3.8. Обобщенный|вариант графически-словес- ной схемы процесса 1 5.1.3.9. Выделение ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 5 1.4.4. Параметры младшего уровня 1	й		ЯШ
	5.2. Графически-словесная схема связи с другимн^про- цессами: Иерархия конту­ров управления Выделение еди­ничных контуров уп­равления Коррекция пе­речней исходных и вы­ходных данных	Описание исследуемого уровня Описание старшего уровня Описание младшего уровня Формирование графической схемы ие­рархии контуров управления Выделение исследуемой системы Синтез старшей системы Определение совокупности младших си­стем „ ** Формирование графической схемы еди­ничных контуров управления Необходимые дополнения параметров Классификация параметров
-	5.3. Функции модуля	5.3.1. Перечень функций модуля
	5.4. Перечень исходных и выходных данных	Перечень исходных данных Перечень выходных данных
	5.5. Функции технических и программных?средств	Функции технических средств Функции программных средств
	5.6. Графически -словесная J схема адекватности: 5.6.1. Формирование образа	Выбор варианта Анализ упрощенных перечней выход­ных данных Анализ упрощенных перечней исходных данных Построение графического образа

Продолжение табл. 1.3
Часть полуфабриката	Совокупность элементов	Элемент полуфабриката	Исполнение {
	полуфабриката		Этап	Форма	Действие
5. Требования к про­граммной документа­ции	Формирование перечней исходных и выходных данных Формирование сверочного эталона	Адресация упрощенного перечня|^ис- ходных (выходных) данных Заполнение части I таблицы перечня ис­ходных (выходных) данных Оформление перечня исходных (выход­ных) данных Масштабирование графического образа
6. Технико-экономи- ческие показатели	—	Ориентировочная экономическая эффек­тивность Предполагаемая годовая потребность Достоинства по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами
7. Стадии и этапы разработки	—	Стадии, этапы, содержание, сроки Исполнители (приказ о динамической груп­пе)
8. Порядок контро­ля и приемки	—	Испытания системы Испытания среды Испытания системы обслуживания Приемка лабораторная Приемка стендовая Приемка государственная
9. Экспертиза	—	Спецификатор договора соглашения по тех­ническому заданию Заключение о разногласиях по договору Заключение представителя заказчика по техническому заданию
10. Утверждение	—	Лист утверждения Титульный лист

рани я дели в виде совокупности количественных значений пара- шов целеполагания {/(_r (^)}.* Это требование подчеркивает третье рствие:

Вследствие 3. Параметры, определяющие цель, должны быть щчественно измеримы.

Шариант функции w (t) для узла ГАП, производящего крепежную систему, ртавлен на рис. 1.3. На нижнем уровне контроля реализации заданной цели £шом примере — это контроль по отдельности за планами выпуска комплектую- ^изделий, т. е. болтов, гаек и шайб) функцию качества можно определять по вы­гнию (1.2). Здесь К (t) фиксирует план выпуска соответствующего комплектую- I изделия, а X (t) — число фактически выпускаемых изделий. Анализ функции контроля выпуска шайб показывает, что этот участок ГАП рает стабильно/ В интервале времени [t_lt t₂] участок был настроен на заданное шие в строгом, соответствии с планом. Нормативный запас в интервале вре- I 1*2» t₃] также выдерживается строго в соответствии с установленным планом, риозируемое поведение элемента ГАП в течение всего срока выпуска заданной «и изделий [t_3l /₆] обещает быть стабильным и соответствует плану. За работу ^ участка старшая система, поставившая ему цель функционирования, может I спокойной.

06 участке ГАП, выпускающем гайку, этого сказать нельзя. Хотя участок был юочно налажен (ранее момента времени t₂) и введен в строй, работа его протекает Ьгервале времени [t₂, /3]) и будет протекать (в интервале [t₃, нестабильно, Б .и в пределах заданных нормативных отклонений.

ВГчасток ГАП, выпускающий болт, введен в строй в срок, но делалось это неплано- юо (время t₂ ])• Участок работает нестабильно и допускает невыполнение плана Вря *.])• Прогноз его работы в интервале времени также неутешителен,

ijia верхнем уровне осуществляется контроль за выпуском комплексного изде- крепежной системы. В этом случае функция качества w оценивается по об- fcy выражению (1.1) (см. п. 6.3). График показывает, что до момента t₃ в целом шлексный узел ГАП работает нормально. Однако прогноз дальнейшей работы рует вмешательства человека (настройщиков) в процесс протекания безлюд- Щ (автоматического) производства. С момента t₄ комплексный участок не будет Шлйять план. Величина А/ = /₄ — t₃ показывает, в течение какого отрезка вре- Щ оператор ГАП должен принять необходимые меры. Вызвав на контрольный Spa дисплея функции качества w нижнего уровня, по характеру кривых он наглядно щ&т определить, какой из элементов ГАП требует участия (помощи) человека. ^Характеру контрольных функций можно получать и дополнительную информа- ЙЬ» Например, если неисправность элемента ГАП не будет устранена к моменту ^ ЖШплексный участок перестанет выполнять план.

р^спользуя метод организации контроля с помощью функций можно получить практически всю необходимую информацию организации управления ГАП. Более подробно это исследовано ||| Последующих главах.

•^Рассмотренные примеры убедительно показывают объективность Рргсутствия следствия 3 в системе операционных правил системного Мдхода. Действительно, если цель сформулирована качественно (ЙШ!ример, «выпустить изделие как можно быстрее»), проверить ее Шйолнение невозможно. В этом случае орган управления ГАП Дшакен, взвесив потенциальные возможности участка, определить решения соответствующей оптимизационной задачи мини­мально возможный при наличных ресурсах срок выпуска изделия « предложить его на утверждение старшей системе. Возможно также определение параметрической зависимости срока выпуска от объема Дополнительных ресурсов, которые может выделить старшая система, ^гот процесс длится до тех пор, пока старшая система, сопоставив

Рис. 1.3. Функция контроля работы эле­мента ГАП: а — верхний уровень контроля; б — нижний уровень контроля;

— фактический выпуск? —

— прогноз производства;

— нормативный запасеш возможности по выделению ресурсов и достигающийся при эффект, не конкретизирует как срок выпуска изделия, так и ьем выделяемых в обеспечение этого ресурсов. Как видно, фор­мование количественно определенной цели представляет собой о ц е с с, необходимость которого подчеркнута следствием 3. 1И цель выработана, но нет механизма, позволяющего контроли- *ать степень ее выполнения в реальном масштабе времени (след- 1вие 2), ГАП существовать не может.

J. Принцип относительности

Принципы системного подхода сами по себе также должны об- эвывать систему. Они взаимосвязаны и взаимообусловлены и, Соответствии с первым (ПСП), должны реализовывать некоторую 1ь, Такой целью является полнота набора операционных правил разработки системы. Характеристикой полноты может служить Ьпень охвата в (ПСП) следующих основных аспектов свойств, педования и разработки систем (см. п. 1.1): целесообразности; |уктуры; поведения; оптимизации — в локальном (в отдельных ервалах времени) и глобальном (на протяжении всего жизнен­но цикла системы) смыслах; роли и места человека в системе. ^Аспект целесообразности (система целесообразна постольку, по- Зльку достигаются поставленные перед ней цели) описывается рвым (ПСП) и следствиями 1—3 из него. Особенно велика роль ёдствия 2, требующего включения в систему постоянно действу- даго механизма контроля за выполнением поставленных целей. Усмотрение аспекта структуры системы требует прежде всего учета гительности обоих понятий: как системы, так и ее структуры. Действительно, каждая система является частью другой, более 6®щей системы, входя туда в качестве одного из элементов. В свою очередь, каждый элемент системы обладает собственной структурой " также может рассматриваться как система. Иерархическая струк- fpa мира делает относительной классификацию объектов на си- и элементы. Членение системы на подсистемы, компоненты и Элементы, т. е. выявление ее структуры, также не является одно- *3йачным, поскольку при этом возможна различная степень детали­зации или обобщения. Оба обстоятельства делают понятным второй ЩСП), называемый принципом относительности:

: Одна и та же совокупность элементов может рас­сматриваться как самостоятельная система и как часть (подсистема) другой, большей системы, в которую °на входит. В свою очередь, эта же совокупность эле­ментов может рассматриваться как большая система по ошению к частям (подсистемам), которые входят в

Значение второго (ПСП) не ограничивается негативной кон- татацией относительности понятий системы и ее структуры, Напро- ^Ив> из него прежде всего вытекает тот важный факт, что ни одна

43

Система не может рассматриваться изолированно, Поскольку от является элементом большей системы. В частности, проясняется механизм целеполагания. Цель — категория внешняя по отношению I к системе. Она ставится ей системой более высокого уровня, куда данная система входит как элемент. Целеполагание для нее, в свою очередь, осуществляется еще более высокой системой и т. д., вплоть до системы определенного (различного для разных предметных об­ластей) уровня, цели которой вытекают из некоторой совокупности ценностей, т. е. до уровня ценностно-ориентированной системы [63]. Таким образом, второй (ПСП) порождает следствие, устанавлива­ющее порядок задания цели системе:

Следствие 4. Для данной (исследуемой) системы {(ИС)) цель задает большая по отношению к ней система.

Во втором (ПСП), по существу, содержится утверждение об иерархичности систем, их «вложенности» друг в друга. При повы­шении уровня рассмотрения отдельные системы трансформируются в элементы. При анализе того или иного элемента вскрывается структура и обнаруживаются его свойства как целостной системы. Выделение какого-либо из элементов, его самостоятельный анализ обязательно сопровождается установлением его связей с другими элементами данной и других систем. Собственно, указание полного перечня элементов, а также совокупности их связей между собой и внешней средой и фиксирует структуру системы. В силу второго (ПСП) это — иерархия.

Напомним, что иерархической является многоуровневая (много­ступенчатая) структура системы, компоненты которой упорядочены по уровням координации и субординации. Функции управления в такой системе распределены между соподчиненными уровнями [531. Иерархическую структуру обычно противопоставляют ради­альной (веерной), характерной для централизованного управления (см. гл. 2). Противопоставление это, конечно, условно: радиальную структуру можно считать частным случаем иерархической двухуров­невой системы с одним элементом верхнего уровня, осуществляющим управление функционированием нескольких элементов нижнего уровня. Таким образом, иерархичность структуры можно считать характеристикой, органически присущей сложным системам. Соб­ственно, лишь иерархическая упорядоченность сложных систем делает реальной задачу их проектирования и исследования. Поэтому этап выявления иерархической структуры системы, ее анализа или синтеза является важнейшим после установления и упорядочения множества целей системы. Необходимость такого этапа подчеркивает следующее следствие:

Следствие 5. Система должна представляться в иерар­хической форме.

Различают иерархии с сильными и слабыми связями. Нас будут интересовать только сильные иерархии (типа «дерева»), в которых один или несколько компонентов нижележащего уровня подчиняются лишь одному из компонентов вышележащего уровня. Более слож­ные связи типа ромбических структур рассмотрены в работе [151.Ю Отметим также, что иерархическое представление, являясь, Ш- существу, адекватным Структуре сложной системы, облегчает К Графическое изображение системы* что отнюдь не безразлично

1. точки зрения концепций САПР и им подобных.

|_т; Иерархия предусматривает представление описания, в котором ирлжны быть выделены старшие и младшие части системы, порядок ■Ьдчиненности и£перехода£от низших|уровней|к|высшим. Кроме Его, она упорядочивает процесс изучения (разработки) Системы, Шгда осуществляется последовательная детализация процесса мето- |ом сверху — вниз или объединение отдельных его компонентов Щболее общие формирования методом снизу — вверх. В том и дру­гом случаях'очень важно классифицировать связи подчиненности, Б.е. установить, какая система (элемент) какой подсистеме задает Кль и как осуществляется контроль степени ее выполнения. При Вкой классификации выявляются связи (влияния) относительно Шэростепенные, которыми можно пренебречь, и в соответствии с прин- Вшами рекуррентного объяснения и «минимаксного построения мо- Клей» (см. п. 1.1) минимизируется сложность построения системы, кто же время выявляются узлы, которые оказывают на процесс Врсное влияние (например, работоспособность элемента энерго- Ирбжения производства крепежной системы предопределяет, будет Ера вообще выдавать продукцию или нет).

2. Таким образом, иерархическое упорядочение структуры системы ■нособствует установлению таких качественных категорий, как ■важность» и «приоритет». Без учета этих категорий невозможно ■Кр&низовать поточное гибкое автоматизированное производство, iu Врержащее в своей основе организдхщю^обслуживания очередей. Щ

Ipt Конструктивность второго (ПСП) и его следствий можно достаточно наглядно ■йрледить на уже рассмотренном примере организации ГАП крепежной системы. ВЙрответствии с самим принципом каждый из элементов, производящих болты, и шайбы, может рассматриваться как самостоятельная система, имеющая ЩМ внутреннюю структуру. Эти структуры можно представить с различной степе- ||£к детализации. Например, можно выделить следующие узлы: механическую часть- М^^сального станка, осуществляющую операцию обработки детали; управляю- йую ?йсть в виде микропроцессора с заданной программой адресации; транспорт- тележку для подачи заготовок и отбора готовых деталей. Детализацию каждого Ж узлов можно продолжить и дальше.

й^:у Втожевремя каждый из элементов, производящих болт, галку, шайбу, является Ш^ю другого, старшего элемента, комплектующего крепежную систему. Этот стар­шей; элемент ГАП, как требует следствие 4, устанавливает для прль функцио­нирования, т. е. задает режим их работы f/f_r (t)} в соответствии ^гг> ^пртщф^кятррями ш*. табл. i.i и i.2). Значения параметров {К_г (/)} используются старшей системой контроля за качеством выполнения младшей системой заданной цели функцио­нирования.

В графическом виде элементы ГАП в соответствии со следствием 5 $рлжны быть представлены как иерархические структуры._Ш

2 Если рассматриваемой (исследуемой) системой являются элементы, производя­щие болты, гайки и шайбы, то они имеют структуру, представленную на рис. 1.4. ^rjI4 в качестве рассматриваемого элемента принять комплектующую крепежную ему, приходим к другой структуре (рис. 1.5). В этом случае приходится выйти ^{гймки элемент}_и^а ГАП крепежнрй системы и рассматривать его, в свою очередь, ■ ^{к ч}^сть другой, старшей в иерархическом отношении системы (например, си­стемы, производящей корпуса для какого-то изделия и использующей длй их сборки крепеж с помощью болта и гайки).

Обычно старшая система (СС) располагается при графическом изображении выше младшей системы (МС). В зависимости от сте­пени подробности изображения структуры каждая из рассматри­ваемых систем может быть представлена в обобщенном (вариант А) или детализированном (вариант Б) виде (см. рис. 1.4, 1.5).

Рис. 1.4. Иерархическая структура эле­мента ГАП, предназначенного для произ­водства болта: а — вариант А (обобщен­ный); б — вариант Б (детализированный)

Рис. 1.5. Иерархическая структура элемен­та ГАП, предназначенного для производ­ства крепежной системы: а — вариант А (обобщенный); б — вариант Б (детализи­рованный)

На этих примерах принцип иерархии прослежен как при продви­жении вне изучаемой системы, так и при углублении, переходе на все более низкие уровни компонентов внутри системы. Конструктивно принцип направлен на анализ и формирование структуры системы, ее членение на компоненты, выявление их функций и свойств, в том

"еле интегративных. Членение системы на подсистемы и элементы тносится с множеством дел ей. Из рассмотренного простейшего имера это очевидно. В более сложных случаях полного соответ- ия, возможно, получить не удастся, но связь их будет проступать евидно. Отдельные компоненты могут участвовать в процессе -тижения нескольких локальных целей. Другие могут обеспечи­ть этот процесс и выполнять, таким образом, функции, не содер- иеся в перечне локальных целей системы (как, например, в си- е энергоснабжения всех рассмотренных элементов ГАП про- водства крепежной системы). Таким образом, можно сказать, что ножество целей системы порождает ее структуру, функции и свой- ва компонентов и системы в целом. Принцип иерархии ориенти- ~ет при эТом на последовательное продвижение сверху — вниз утри системы и снизу — вверх вне ее.

f

I/ -