I Принцип моделируемости

принципы системного подхода распространяются только на вляемые системы, т. е. системы, способные изменять свою ктуру и характер поведения в зависимости от изменения задан- цели. При этом изменение системы должно происходить так, конечный результат достигался при оптимальных или хотя бы эобразных затратах ресурсов, т. е. наименьшими усилиями, требование наиболее полно характеризует цель создания ГАП. ' эсть подразумевает изменение, и не просто изменение, а только ^которое наилучшим образом удовлетворяет условиям сложив­ши обстановки. ^

|о&никает следующий вопрос: как выбирать поведение (измене- ^ которое приводило бы к желаемой цели с минимальными затра- усилий в нужный момент времени. Такой выбор осуществим io в случае, если можно моделировать характер поведения си- прогнозируя и количественно оценивая альтернативные |нты достижения конечной цели. Сравнение эффективности аль- явных вариантов позволяет выбирать для практической реа- тот из них, который в заданный срок обеспечивает достиже- т при минимальных (оптимальных) затратах ресурсов. Это 1ет, что в структуре любой системы, которой предполагается ' занно управлять, необходимо иметь механизм про­бирования (моделирования) характера ее поведения 1йчных условиях обстановки. Таким механизмом является мо- fr системы. Модель^может^существовать в самых различных фор-

^пример, у водителя автомобиля модель закодирована в виде некоторого на- j осознанных и интуитивных представлений. Опытный водитель, сам того не пр­авая, непрерывно и многократно моделирует дорожную обстановку и выраба- характер своего поведения по управлению автомобилем так, чтобы обеспе- _: безопасность движения. При этом минимизация затрат ресурсов проявляется '"иональности числа его управляющих воздействий, необходимых для разре- ^йя дорожной ситуации. В простейших условиях такое управление происходит Лектор но. Однако, если спросить водителя, благополучно разрешившего дорож­ную ситуацию, почему его поведение было таким, а не иным, он строго обоснует свое поведение.

На кораблях, самолетах и других объектах с ярко выраженным характером управления моделирование поведения системы осуществляется особой службой. Например, штурман корабля делает предварительную прокладку курса следования задолго до выхода в море. Он оценивает различные варианты и выбирает наилучший. В процессе фактического плавания он продолжает моделировать (прогнозировать) характер движения корабля. При этом штурман оценивает, как реализуется заданная цель (например, заданный срок прибытия в порт назначения при минимальном рас- ходе топлива), и в зависимости от условий плавания (штормовой, ледовой обстановки и т. п.) производит прогнозирование характера поведения корабля на оставшемся участке плавания. Без такого непрерывного прогнозирования (моделирования) ни один начальник не разрешит плавание, ни один капитан не рискнет в него отпра­виться. В данном случае модели могут быть реализованы в совокупности техниче­ских средств, в том числе в специализированных ЭВМ.

Специальный механизм прогнозирования необходимо иметь прак­тически в любой управляемой системе. Если руководители отдель­ных предприятий пока еще обходятся без него, полагаясь на свой опыт и интуицию, то ГАП без прогнозирования бу­дет нерентабельно.

Эти требования определяет пятый принцип системного подхода, называемый принципом моделируемости:

Управляемая система должна содержать в своей структуре модель прогнозирования во времени состоя­ний для выбора наилучшего поведения, обеспечивающего достижение заданной цели при минимальных затратах ресурсов.

Механизмом прогнозирования является модель управляемого про­цесса, протекающего в определенных условиях, которые задаются внешней средой. В общем случае модель может отличаться от ори­гинала масштабом или темпом протекания процессов. Она может быть иной физической природы и опираться на формальное сходство, например, уравнений, описывающих управляемый процесс ориги­нала и модели. Модель может быть и весьма упрощенной, позволяя тем не менее изучать очень сложные объекты и системы, поскольку в ней сохранены те черты оригинала, которые существенны для круга изучаемых явлений (принцип минимаксного построения моделей). Так как в современных условиях управление, как правило, осущест­вляется с помощью электронных вычислительных средств, типич­ным является использование математических моделей, особенности построения и применения которых описаны в работе [21 ].

СМОУ должно включать в себя такие математические модели, которые обеспечивают выработку альтернативных вариантов дости­жения заданной цели при оптимальных затратах ресурсов. Это тре­бование определяется одиннадцатым следствием:

Следствие 11. В управляемой системе должен присутство­вать механизм моделирования в виде математической модели, обеспе­чивающий выработку рекомендаций для оптимизации достижения заданной цели.

ятый (ПСП) и следствие 11 подчеркивают важнейшее значение рления и изучения внутренних и внешних противоречий системы ее моделировании и оптимизации как средства их разрешения, кт оптимизации составляют структура и поведение системы. ш отношении можно считать, что на втором этапе проектирова- и исследования системы (при применении второго (ПСП)) фор­муются лишь допустимые варианты структуры. Выбор целесооб- ого из них требует оптимизации, для чего тщательно должны проанализированы внутренние и внешние противоречия си- на этой основе сформулированы соответствующие математиче- е модели и решен комплекс оптимизационных задач. Аналогично шие в управляемой системе моделей прогнозирования позволяет изовать опёрежающую оптимизацию, когда содержание управля- х воздействий учитывает не только фиксируемое, но и прогнозн­ое состояние системы и среды, в которой она функционирует, онец, на разных этапах жизненного цикла могут решаться раз­ные оптимизационные задачи, что также должно быть преду- зено при разработке комплекса математических моделей системы, кедствие 11 было предопределено еще первым (ПСП) (след- е 2). Действительно, обеспечить контроль за ходом процесса мощью функции вида (1.1) невозможно без использования мате- ических моделей, реализованных в управляющей ЭВМ. Виды матических моделей весьма разнообразны. Они могут представ- Jb собой функциональные зависимости, графики или уравнения определения характеристик процессов, протекающих в системах, "ицы переходов систем из одних состояний в другие и т. п. По- оение математических моделей в рамках предлагаемых операцион- правил системного подхода существенно упорядочивается за выделения элементов системы методом (ЕКУ). Каждая система "система), выделенная в рамках (ЕКУ), имеет один обобщенный в виде ПИД и один обобщенный выход в виде ПВД. Цель про- I, заданная в ПИД значениями параметров целеполагания, пре- "зуется математической моделью в результат (продукт), форма- ванный спецификатором в форме ПВД. Математическая модель процесса в целом должна строиться по тому же иерархическому Зципу, в соответствии с которым система расчленяется на эле- ы для самостоятельного изучения и проектирования в виде Элементы этой модели (модули) должны обеспечивать преоб- эвание во времени исходных параметров, заданных ПИД, в вы- дные, определенные в ПВД. 1; В работе [21 ] обосновывается понятие СМОУ и показывается, Фо не всякая математическая модель может рассматриваться как ^го элемент. Это с очевидностью вытекает из следующего разверну­того определения: СМОУ — совокупность правил формальной и №орческой переработки информации, накопленных обществом в «Йде алгоритмов и программ, реализованных в вычислительном ком­иксе, отражающих объективные законы развития реальных про­весов и достижений науки, представленных в форме, позволяющей ^Каждому конкретному индивидууму их непосредственно и своевре-/. Иерархия модулей

Рис. 1.14. Структура модуля СМОУ

менно использовать в повседневной практике управления для обра­ботки информации в целях оценки обстановки, выработки количе­ственно обоснованных планов, мероприятий для их реализации, кор­рекции планов в реальном масштабе времени в зависимости от изме­нений внешних и внутренних условий, выработки мероприятий для реализации откорректированных планов в процессе достижения цели при минимальных затратах ресурсов.

Типовая структура модуля математической модели как элемента СМОУ представлена на рис. 1.14, реализация типового" специфи­катора ПИД/ПВД — на рис. 1.15.

Модуль — часть целого, которая выполняет заданную функ­цию и служит единицей измерения для придания соразмерности целому и его частям.

Свойства модуля:

1. функциональность (прозрачность, очевидность) — реализа­ция функции, понятной пользователю. Критерием выделения функ­ции является возможность построения по выходным параметрам за­конченного (автономного) образа;

2. реальность — представление исходных (ПИД) и выходных (ПВД) данных в виде измеряемых величин, понятных пользователю;

надежность — выполнение с заданной вероятностью в течение всего периода эксплуатации функций, определенных ПИД. Надеж-
Щк'
-If' >■-:

l/l

Як*
ш.

ность достигается доступностью для тестирования, организацией системы периодического тестирования;

4) структурная полнота — содержание минимального набора сервисных модулей, обеспечивающих удобство использования, по­нимание динамики функционирования, автоматизацию тестирова­ния;

б) автономность — возможность использования в любой вычис- тельной среде независимо от конкретной ЭВМ, базового информац­ионного поля, операционной системы; 6) управляемость — возможность с помощью управляющих приз- ков, входящих в ПИД, автоматически изменять структуру модуля Целях сокращения числа выполняемых функций (подфункций),

.3* 67

точности вычисления и времени реализации в заданной вычислитель­ной среде;

7. иерархичность — возможность использования (разработки) отдельных элементов модуля (блоков \ операторов ¹) как самостоя­тельных модулей;

8. интеллектуальность —возможность в условиях использова­ния ЭВМ объединения искусственного и естественного интеллектов (формальных рекомендаций модуля и творческих замыслов чело­века — пользователя);

9. транспортабельность — возможность передачи по заданному каналу связи.

Модуль математической модели в общем случае имеет три основных элемента: ПИД, тело, ПВД (рис. 1.14). В элемент СМОУ модель, реализуемая телом модуля, входит лишь одним из функциональных элементов, общий состав которых представлен на рис. 1.16. Чтобы выполнять функции элемента СМОУ в полном объеме приведенного определения, основная математическая модель, отображающая элемент реального процесса, должна сопровождаться, работать в в комплексе с рядом дополнительных моделей, реализующих следу­ющие функции (рис. 1.16):

1. задание ПИД/ПВД с перфокарт, перфолент, телетайпа и дис­плея в виде таблиц, образов, буквенно-цифровой информации;

2. оптимизацию выработки формально оптимальных решений;

3. организацию диалогового общения в канале человек^ЭВМ;

4. преобразование параметров, полученных в ПВД, в данные для построения картинного образа;

5. объединение формально оптимального решения, выработан­ного с использованием основной математической модели, с творче­ским замыслом человека;

6. дублирование основной модели набором дубль-модулей, позво­ляющих с различной точностью отображать реальный процесс в за­висимости от выделяемых ресурсов памяти ЭВМ и времени решения;

7. выбор оптимального набора модулей из общего банка дубль- модулей, позволяющего промоделировать реальный процесс в тече­ние заданного (отведенного) отрезка времени;

8. выработку параметров множества сигнальных признаков под­сказки (СПП), обеспечивающих человеку понимание процесса, про­текающего в математической модели, и результатов, полученных вследствие ее реализации;

9. накопление статистических данных, позволяющих организо­вать самообучение, совершенствование основной математической модели.

Знак оо на рис. 1.16 символически характеризует неограничен­ность процесса совершенствования моделей данного функциональ­ного назначения. Здесь находит отражение ленинская теория позна-

ния все более и более глубоких сущностей, когда по мере накопления знаний каждая последующая модель по сравнению с предыдущей более глубоко и всесторонне отображает (моделирует)уреальный процесс.

Такая функциональная сложность элементов СМОУ ((ЭСМОУ)) является следствием того, что, как будет показано в последующих главах, они представляют собой элементы искусствен­ного интеллекта.

В простейшем случае, на первых этапах создания систем управ­ления, (ЭСМОУ) могут функционировать в составе, показанном на рис. 1.14. При этом они вырабатывают показатели (ПВД), которые характеризуют процесс и используются для построения системы кри­териев, обеспечивающих выработку сигналов для регулирования поведения системы. Так, если для элемента ГАП, производящего крепеж, реализуется условие <оу_зад — Aw₉ то должен выраба­тываться сигнал тревоги, требующий принятия соответствующих мер для восстановления заданного ритма непрерывного безлюдного технологического процесса (см. рис. 1.3). В случае реализации усло­вия > ш_зад + Aw вырабатывается сигнал о том, что число про­изводимых изделий превышает допустимый нормативный запас. Этот сигнал может передаваться на пульт оператора, контролирующего протекание технологического процесса, для принятия им необходи­мых мер, а может использоваться и для автоматического регулиро­вания организации производства (например, остановки работы соот­ветствующего элемента ГАП до момента, пока критерий не примет нужного значения).

Такая примитивная организация управления ГАП, осуществляе­мая без участия людей, не обеспечивает качественного учета случай­ных факторов, которые, как правило, всегда сопутствуют функциони­рованию больших систем.

Только объединение формальных рекомендаций, вырабатываемых математическими моделями, и творческих замыслов операторов, управляющих определенными участками ГАП, может обеспечить оптимальность функционирования гибкого автоматизированного производства. Построение математических методов объединения фор­мальных и творческих рекомендаций в процессе управления ГАП — одна из задач книги.