1.7. Принцип симбиозности

Основным свойством кибернетических систем является управляе­мость. Это означает, что система под влиянием управляющих воз­действий должна принимать лучшее в определенном смысле состоя­ние, чем она приняла бы при отсутствии этих воздействий. Понятие «лучшее» определяется по внутренним или внешним критериям, в частности по типовому внешнему критерию w в форме (1.1) или (1.2)» установленному человеком. Поскольку в ГАП идет речь об искус­ственно создаваемых человеком системах, понятие «лучшее» опреде­ляется их создателем и означает, что совокупность управляющий действий должна обеспечить достижение поставленной цели при нимальных затратах усилий. Для сложных систем количественный итерий лучшего поведения с помощью функций вида (1.1) и лю- X других функций автоматически применять практически не пред- вляется возможным. Это прежде всего связано с неполнотой мате- ических моделей: отразить в функциональных зависимостях мо­ей и в выражениях для критериев все факторы, влияющие на оцесс, практически невозможно. Кроме того, процесс подвержен иянию случайных факторов, необходимость пробивается сквозь ь случайностей, всего многообразия и характеристик которых же предусмотреть невозможно. По этой причине, как уже отме- лось, и появилось понятие большой системы, в которой на опре- ~енных иерархических уровнях присутствует человек как элемент стемы, выполняющий самую важную функцию: коррекцию управ- ющих воздействий в зависимости от условий конкретно сложив- йся обстановки. Следовательно, в механизм управления, опреде- ный следствием 6, должен органически включаться че- в е к.

От всех других элементов естественных и искусственных у прав­имых систем человека отличает прежде всего наличие механизма авления своим поведением в виде разума, или интеллекта. Чтобы ^вдаваться в подробные философские исследования существа этого ханизма, приведем словарные определения, которые дадут воз- жность читателю самому поразмыслить над этим предметом: разум — способность логически и творчески мыслить, высшая упень познавательной деятельности человека — ум, интеллект; интеллект — мыслительная способность, умственное начало; мысль или, что то же самое, мышление — способность человека ссуждать, представляющая собой процесс отражения объективной "ствительности в представлениях, суждениях, понятиях. „ Из этих определений следует, что целью процесса мышления (ин- лектуальной деятельности) является не выработка плана поведе- я, т. е. целенаправленная деятельность, а лишь отражение объек- , ной действительности (в нашем случае — процесса, которым ^дстоит управлять), в представлениях, суждениях, понятиях. Если ^местить два определения — интеллекта и деятельности (деятель- "ть — занятие, труд, работа каких-то органов), тоинтеллек- !альная деятельность с этих позиций будет представ- ь не что иное, как мыслительное занятие, труд, в результате кото- /-"0 объективная действительность будет отражена в представле- ;ях, суждениях, понятиях.

" •Представление объективной действительности, т. е. исследуемого ГЦесса, в виде взаимосвязанной и взаимообусловленной совокуп­ен понятий — необходимый этап интеллектуальной деятель- Но это лишь подготовка исходной информации для более Шяого этапа — принятия решения на основании выработанной формации. Исходная информация представляет по своей сути ва- Знты возможного поведения системы, а принятие решения — акт

-уОра из этих вариантов описания процесса одного из них в каче-

«"

I. 71 стве основного для реализации в последующей деятельности. Более подробно этот вопрос рассмотрен в гл. 2. В данном случае необхо­димо уяснить, что в большой системе является источником управ­ления, т. е. органом выработки целеполагания, и к а к это целепо- лагание вырабатывается.

Таким образом, мыслительная (интеллектуальная) деятельность— это поиск информации (представлений, суждений, понятий) о про­цессе в целях получения объективного на данный момент заключе­ния, годного к использованию вфизичес- кой деятельно­сти, совершаемой мышцами (машинными исполнительными меха­низмами). Источником таких решений, представляемых в форме управляющих воздействий, является мозг человека.

Но ведь и математическая модель функционирует в таких же целях и по таким же общим правилам. Она описывает (моделирует) исследуемый процесс. В ней ПИД должен характеризовать исходные состояния, отражающие взаимосвязи данного процесса с другими подпроцессами, входящими в более общий иерархически старший процесс. При реализации модели в вычислительной среде вырабаты­вается ПВД, характеризующий результат поведения системы, кото­рый может быть получен как следствие реального процесса. При из­менении условий, т. е. ПИД, изменяется и ПВД — результат, ко­нечное состояние системы. Выбор лучшего поведения, т. е. выбор из всех альтернативных вариантов поведения системы одного в ка­честве основного для дальнейшей реализации осуществляется с ис­пользованием внешнего критерия, установленного человеком.

Следовательно, человек в процессе интеллектуальной деятель­ности и математическая модель имеют в общем одинаковые функции и взаимодействуют во имя достижения одной конечной цели. Налицо взаимодействие естественного и искусственного интеллектов, т. е. партнерство, «сожительство» двух различных видов систем. Это явилось основанием назвать шестой (ПСП), определяющий необхо­димость включения в любую большую систему человека, прин­ципом симбиозности:

Управляемые системы должны строиться с примене­нием таких концепций, которые позволяют рассматри­вать человека как звено системы управления.

При этом человек имеет по отношению к любому уровню моделей старшую в иерархическом отношении роль: он и создает модели, и оценивает качество и характер их поведения.

Поскольку основным базовым звеном (модулем) управляемой си­стемы является управляемый контур (см. рис. 1.6), рассмотрим, как человек должен в него включаться (вписываться). Основным требо­ванием является обеспечение условий объединения элементов естест­венного и искусственного интеллектов при участии человека в про­цессе управления [21 ]. Из простейшей схемы такого объединения (рис. 1.17) видно следующее. Несмотря на то что человек изображен как старшее в иерархическом отношении звено контура управления, звенья взаимодействуют как равноправные партнеры.

математической модели (ММ), являющейся элементом СМОУ ЮУ)), ПИД можно рассматривать как управляющую часть по шению к ПВД, который является управляемой (зависимой) ью. Однако само тело (ММ) в процессе ее функционирования едовательно меняет свою роль. В начальный момент ПИД по аению к телу (ММ) является управляющей частью. По мере работки исходной информации (ММ) становится управляющей ью по отношению к ПВД, содержание которого она определяет, . задает. На первом этапе человек (как управляющая часть) фор- ует ПИД, который в этот ент являехся по отношению му управляемой, подчинен- частью. После завершения мирования ПИД становится бы независимым от чело- т. е. сам становится упра- щим элементом, задающим функционирования телу "). На этом этапе как бы диняются замысел че- ,века и математи- кая модель. 3 период, когда вырабаты- ся ПВД, он по отношению елу (ММ) является подчи- ым (зависимым). Когда он аботан, он становится по ошенЦю к человеку управ- щей частью. В период, человек анализирует ин- мацию, полученную в ре- тате функционирования

}, он является по отношению к ней управляемой частью, этом этапе как бы объединяются замысел, «в ы- б о т а н н ы й» ММ, с творческим замыслом ч е - в е к а.

I | - управляющая часть контура*у> • | —упра§лян)1Ц01л часть контура <у>

Рис. 1.17. Принципиальная схема объединения элемен­тов естественного и искус­ственного интеллектов в рамках (ЕКУ)

,инамическая последовательность взаимодействия элементов ~твенного и искусственного интеллектов показана на рис. 1.18. Л этапе человек задает свой замысел (ЭСМОУ), на II этапе 'ЮУ) как бы «навязывает» свой замысел человеку, а тот колеб- принять или не принять рекомендации искусственного интел- а, а если принять, то как и в каком объеме. Для устранения сом- ий, выработки убежденности в правильности принимаемых ре- йй человек может исследовать с помощью СМОУ новые варианты. Фнце концов, приняв полностью или частично рекомендации чОУ) (этап III), он становится как бы другим, новым человеком 'овеком-2), в сознании, а затем и физической (исполнительной) ельности которого проявляется уже объединенный ин- * л л е к т. Далее снова меняются условия (задачи), человеку

нужен новый советчик (партнер) в виде (ЭСМОУ-2), и процесс объ­единения элементов естественного и искусственного интеллектов повторяется "по форме с новым содержанием.

Так, в примере с организацией функционирования ГАП крепежной системы на I и II этапах (рис. 1.18) в зависимости от потребностей и номенклатуры изделий, склад­ских и транспортных возможностей вырабатывается с использованием (ЭСМОУ-1) решение об организации режима функционирования участка (круглосуточно, через смену или интервально с заданным шагом работы и остановки участка). На III этапе с использованием (ЭСМОУ-2) в зависимости от заданных требований к крепеж- ной системе определяется технологический режим работы исполнительных механиз­мов (роботизированных станков) участка.

интеллектов

Таким образом, важнейшей прогрессивной тенденцией построе­ния управляемых систем, в которых человек с его главенст­вующей ролью выступает в то же время как равноцен­ное звено системы управления, является концепция объедине­ния элементов естественного и искусственного интеллектов в про­цессе управления.

Требование объединения в процессе функционирования управляе­мых контуров формального замысла, «предлагаемого» (ЭСМОУ), и творческого, выработанного человеком, определяется двенадца­тым следствием:

Следствие 12 .В управляемой системе должен присутство­вать механизм корреляции в виде дополнительного третьего контура

У), обеспечивающего заданную корреляцию циркулирующих овных контурах параметров под влиянием управляющих воздей- хйэлеме тов естественного (человека) и искусственного ((ЭСМОУ)) "ллектов.

Реализация следствия 12 приводит к необходимости изменения овой структуры модуля (ЕКУ) (рис. 1.19). Основные контуры } (/ и 2) «прерываются» контуром 5, который реализует меха- м объединения естественного и искусственного интеллектов, по- анных на рис. 1.17 и 1.18.

В полном виде схема модуля (ЕКУ) с механизмом корреляции доставлена на рис. 1.20. В этом модуле дополнительно предусмо- нмеханизм утверждения решения, выработан- о (ИС) для (МС), т. е. со стороны старшей в иерархическом отноше- системы (механизм Ф). Ясно, что такое требование приводит к не- одимости включения в базовую схему (ЕКУ), помимо контуров 3, еще одного, четвертого контура управления — 4 для реализа- функции утверждения решения, выработанного (МС) для ниже- ящего звена, не обозначенного на схеме, со стороны (ИС), кото- по отношению к этому элементу в структуре (ЕКУ) является ршей иерархической системой. Взаимодействие человека с (ЭСМОУ) в процессе функциониро- ия системы управления организуется посредством задания и ана- параметров, содержащихся в таблицах ПИД/ПВД. Каждый раметр ПИД/ПВД представляет собой символ, задаваемый в алфа- но-цифровой форме. Каждому символу соответствует определен- функциональное толкование, функция, для реализации которой "ользуется формализованный элемент реальной обстановки в виде емента математической модели (ЭСМОУ). Оперативные элементы и символы формируются в вектор последовательности реализации ментов математической модели, составляя предложения, абзацы, аницы, и т. п. Операция с символами ведется в диалоговом ре- име: человек задает набор параметров в ПИД, модуль выдает резуль- т их преобразования в виде ПВД. Человек может снова изменить ачения параметров — модель реагирует на это изменение. Такой способ общения с моделями, реализованными в ЭВМ, в на- ящее время именуется языком управления зада- я м и. Для каждой конкретной операции, реализуемой в рамках КУ), такой язык являетсл уникальным, присущим данной опе- ции. Однако анализ множества подобных языков в случае их реа- зации в рамках (ЕКУ) показывает, что они имеют единую функ- ональную структуру, позволяющую все символы, входящие в их фавит, разделить на семь основных групп (см. рис. 1.20):

1. — параметры целеполагания (ПЦ);

2. — параметры управления (ПУ);

3. — параметры коррекции (ПК);

4. — параметры оценки эффективности (ПОЭ); (1.4)

5. — информация состояния (ИнС);

6. — сигнальные признаки обращения (СПО);

— сигнальные признаки подсказки (СПП).

¹ Парам^пры целеполагания (ПЦ) определяют цель функциониро- ния управляемых подсистем. Они циркулируют по линиям прямой язи во всех основных контурах иерархической структуры (ЕКУ). Параметры управления (ПУ) образуют специальный вектор, тавляющие которого определяют алгоритм управления реализа- ей модулей при задании конкретного варианта моделирования, "ачения составляющих этого вектора используются правилами рождающей грамматики языка диалога для формирования нужной следовательности модулей СМОУ. Параметры управления цирку- руют только в третьем дополнительном контуре (ЕКУ). Параметры коррекции (ПК) обеспечивают возможность человеку менять не* только исходную информацию, содержащуюся в ПИД, и любой из параметров, входящий в ПВД. Это множество параме- ов используется при объединении творческого, вырабатываемого ~овеком, и формального, вырабатываемого (ЭСМОУ), вариантов стижения конечной цели функционирования системы. Параметры ррекции циркулируют только в третьем дополнительном контуре и ществуют («живут») только в период выработки количественно снованного решения на управление. Параметры оценки эффективности (ПОЭ) представляют собой утренние и внешние критерии, значения которых позволяют че- веку (или автомату), принимающему окончательное решение, ичественно сравнивать между собой альтернативные варианты, араметры этого множества циркулируют в линиях обратной связи ех основных и дополнительных контуров (ЕКУ), но существуют ивут») только как вспомогательная информация, необходимая для инятия решения.

Информация состояния (ИнС) количественно характеризует ста- ческий вариант состояния объекта на заданный момент времени, нформация состояния циркулирует постоянно в линиях прямой и ратной связи всех контуров (ЕКУ) и является основой для орга- ^зации процесса моделирования и управления. В линиях прямой язи (ИнС) может быть самой разнообразной, в линиях обратной язи — только такой, которая необходима старшей системе, чтобы нять, почему та или иная младшая система не справляется с за­днем или предлагает свой вариант выполнения задания, являю- " йся с ее точки зрения более эффективным.

В последнем случае вырабатываются значения параметров из спе- ~~льного множества сигнальных признаков обращения (СПО). Они гнализируют старшей системе о необходимости пересмотреть (про­бить) задание соответствующей младшей системе, зафиксирован- Ъ в значениях параметров множества (ПЦ). Признаки обращения ркулируют только в линиях обратных связей основных контуров

КУ).

Сигнальные признаки подсказки (СПП) представляют собой зву- >ые, световые или комбинированные сигналы, содержащие бук- ,'но-цифровую или образную информацию, выдаваемую на оконеч- ~е устройства в целях повышения оперативности понимания чело- ком отдельных (как правило, критических или важных) вариантов состояния, которые приняла или может принять при определенных условиях система. Эти параметры циркулируют толькЬ в линии обратной связи третьего дополнительного контура. {

Для обозначения принадлежности того или иного (компонента множества (1.4) к конкретному элементу системы в состав его аббре­виатуры вводятся дополнительные символы: С — для старшей си­стемы, И — для исследуемой, М — для младшей.

Анализ особенностей множества (1.4) показывает, во-первых, что подмножества (ПЦ), (ПУ), (ПК), (ПОЭ), (ИнС) и (СПО) характе­ризуют необходимые функции рассматриваемого типового языка, так как без них невозможно обеспечить реализацию задач моделирования и управления ГАП. В настоящее время нет общих методов [50], позволяющих оценить достаточность (пол­ноту) функций языка. Включение в (1.4) подмножества (СПП), которое обеспечивает уменьшение степени неоднозначности понима­ния человека в процессе диалогового общения в линии (ЭСМОУ) ->- человек, позволяет постоянно расширять возможности языка, по­скольку (СПП) является самым динамичным его элементом.

Во-вторых, язык, описываемый множеством (1.4), относится к самостоятельному классу специализиро­ванных операционных диалоговых языков (СОДЯ), обеспечивающих главенствующую роль человека при объ­единении элементов естественного и искусственного интеллектов в процессе функционирования управляемых систем. Этот факт под­черкивается тринадцатым следствием:

Следствие 13. Главенствующая роль человека в управляемой системе обеспечивается механизмом общения элементов естествен­ного (человека) и искусственного ((ЭСМОУ)) интеллектов в виде спе­циализированного операционного диалогового языка (СОДЯ).

Реализация следствия 13 является важным условием обеспечения высокой эффективности функционирования ГАП. Разработка СОДЯ должна вестись опережающими темпами при создании СМОУ ГАП. При этом в составе СОДЯ необходимо предусмотреть наличие всех семи охарактеризованных выше функциональных групп.

Так, в состав СОДЯ для рассматриваемой нами в виде сквозного примера си­стемы крепления можно включить следующие параметры: множество (ПЦ) — задание на функционирование элемента ГАП, содержащееся в табл. 1.2; множество (ПУ) — параметры, характеризующие режимы обработки деталей крепежной си­стемы; множество (ПК) — конкретные скорости выполнения операций роботизиро­ванными элементами участка ГАП множество (ПОЭ) — параметры, характери­зующие степень снижения стоимости производства конечного продукта, экономию электроэнергии и т. п.; множество (ИнС)— параметры, характеризующие текущее состояние режима функционирования линии ГАП; множество (СПО) — параметры,

¹ Как правило, модель вырабатывает параметры для организации режима функ­ционирования роботизированных элементов линии ГАП. Однако человек может по­пробовать (пожелать) их изменить, например ускорить, как было, скажем, при увели­чении отдельными токарями скорости работы токарных станков. Система должна позволить это реализовать, но при этом должны быть количественно оценены вре­менная выгода (повышение производительности) и долговременные убытки от пре­ждевременного изнашивания станков или уменьшения сроков периодичности про­филактических и ремонтных работ.

\

нализируюкие старшей системе, что заданная средняя производительность вы- а деталей не может быть обеспечена без, например, введения в работу дополни- ьного станка, находящегося в резерве (ремонте); множество (СПП) — сигнал, ример, о там, что заклинило транспортную линию.

\ Принцип оперативности

По мере совершенствования техники управления участие чело- ка в процессе управления становится все менее непосредственным, рвоначально человек освободился от функции непосредствен- о воздействия на органы управления, передав эти функции ис- нительному техническому устройству, для которого он выраба- вает управляющие сигналы. Например, так произошло с рулевым, гда непосредственную перекладку руля стала осуществлять руле- я машина. Затем человек освободился от формирования сигналов равления, также передав эту функцию техническому устройству, горому он задал значения управляемых величин. Например, курс раб ля или самолета выдерживает авторулевой, вырабатывая кор- ктирующие сигналы для управления рулевой машиной. Дальней- развитие системы может освободить человека от функции опре- тения задания. Это также доступно техническому устройству на яовании цели, установленной человеком. Например, в навигацион- й системе устанавливаются конечная точка, в которую должен ибыть корабль или самолет, и необходимое время прибытия, стема сама рассчитывает курс и скорость с учетом оптимизации щих затрат ресурсов, обеспечивает навигационную безопасность, шает задачи расхождения со встречными объектами и т. п., преду- атривая изменение режима движения так, чтобы независимо от ешних условий прибыть в заданную точку в заданный срок.- Все это простейшие фазы участия человека в системах управле­ния, где его роль в основном сводится к выполнению функций одного исполнительных механизмов системы управления. Такие функции еловек выполнял и будет выполнять в том или ином объеме в зави- ймости от степени автоматизации системы управления. Даже в пол­остью автоматических системах, работающих без участия человека, стема рано или поздно отклонится от необходимого режима функ- "онирования. Причинами отклонений являются неизбежное старе- и изнашивание элементов системы, изменение условий окружа- д,ей среды или целей человека, создавшего систему. Изменения гут иметь различные временные периоды. Но независимо от их ~одолжительности любую управляемую систему нельзя рассматри- ать как статическую. Даже для реализации фиксированной цели, говоря уже о возможном ее изменении, систему необходимо рас- атривать в непрерывном развитии и совершенствовании, т. е. динамике.

Динамичность управляемых систем приводит к необходимости читывать в концепциях их построения проявление фактора времени, аиболее существенным здесь является то, что управляющие воздей- вия, обеспечивающие гомеостатическое следование постоянным

или переменным целям системы, должны вырабатываться/в реаль­ном масштабе времени. Раньше это определялось лишь временными характеристиками индивидуальных реакций человека, осуществляющего управление (рулевого, руководителе, предприя­тия и т. п.). Теперь время реализации корректирующей реакции за­висит как от быстродействия (ЭСМОУ), моделирующего процесс управления, так и от времени взаимодействия элементов естествен­ного и искусственного интеллектов при разрешении повседневных и критических ситуаций.

Определяющим при этом является факт своевременной выработки управляющих воздействий так, чтобы они могли быть использованы в процессе движения (функционирования) системы. Эта закономер­ность определяется седьмым (ПСП), называемым принципом оперативности:

Изменения движения управляемой системы под влия­нием различных воздействий должны происходить свое­временно, m. е. в реальном масштабе времени.

В общем случае для управляемых систем временные ограничения являются абсолютными. Они могут носить различный характер в зависимости от решаемой задачи, но всегда играют жизненно важ­ную роль для системы в целом, накладывая особые требования на выбор аппаратуры, качество и надежность (ЭСМОУ).

Функционирование в реальном масштабе времени означает, что время реакции системы на управляющие воздействия старших си­стем или данные информации состояния, обычно поступающие про­извольно, должно укладываться во временные ограничения, опреде­ляемые внешними условиями. Например, для выдачи команд, коррек­тирующих полет ракеты, временные ограничения измеряются долями секунды. Сигнал, выработанный и исполненный позже, чем этого требует временное ограничение, теряет смысл (решение задачи будет сорвано).

Временные ограничения не всегда бывают столь жесткими. На­пример, при запросе момента точного времени по телефону время ожидания абонента не является жестко фиксированным. Ответ, по­лученный и позже установленного предельного срока, не теряет смысла для терпеливого клиента. Для такого рода задач характерно, что за пределами установленного временного порога эффективность реакции системы не падает резко до нуля, как в случае с ракетой, а постепенно уменьшается.

Для других задач время реакции не должно превышать несколь­ких часов, одного или нескольких дней. Это имеет место при реше­нии вопросов управления различными участками ГАП.

На рис. 1.20 представлена схема циркуляции информационных параметров в исследуемой системе без учета требования функцио­нирования в реальном масштабе времени. Рассмотрим, как протекает процесс в (ИС) после получения ею заданной (СС) цели функциони­рования. Систему можно представить в виде двух подсистем: управля­ющей и реализующей (рис. 1.21).

о. 2

ticotti	3
- ..if*...

/

/

В управляющей подсистеме с момента получения (фх) от стар­шей системы начинается анализ возможности их выполнения --- этап поиска решения. В результате принимается решейие по схеме, показанной на рис. 1.22. Задается вариант решения (I этап), т. е. формируется ПИД-1 соответствующего (ЭСМОУ-1). Реализуется в вычислительном комплексе (ЭСМОУ-1) (II этап) и формируется ПВД-1, который анализируется на III этапе (анализа .вариантов). При этом нижняя часть рис. 1.22 представляет собой развернутую на более низком иерархическом уровне динамику функционирования (ЕКУ), представленного на рис. 1.18. В момент принятия решения вырабатываются (ПЦ) для реализующей подсистемы, которые пере­даются в ее управляющую часть (У), осуществляющую управление оконечным роботизированным элементом (у).

Процесс реализации цели, заданной старшей системой, в управля­ющей подсистеме расчленяется на технологические операции, каж­дая из которых имеет этапы поиска и реализации решения, разделен­ные точками принятия решения. Как видно из рис. 1.22, в этих точках решения могут приниматься автоматом или вырабатываться в результате взаимодействия элементов естествен­ного и искусственного интеллектов.

В общем случае в процессе управления участвуют две категории специалистов: лица, обосновывающие решения (ЛОР), к лица, прини­мающие решения (ЛПР). Первую группу в зависимости от характера решаемой задачи составляют специалисты плановых отделов, отделов главного технолога, главного инженера и т. п. Лица, принимающие решения, — это, как правило, руководители предприятий или от­дельных его подразделений, главные конструкторы, главные техно­логи и т. п.

На этапе проектирования, например, участков ГАП в процессе обоснования анализируются альтернативные варианты конструк­тивных, технологических, организационных решений и т. п. На этапе фактического функционирования линий ГАП обоснованию подлежат варианты организации производственных процессов, режимов ра­боты роботизированных механизмов, сменность профилактических осмотров и текущих ремонтных работ и т. п. Альтернативные ва­рианты этих решений (обозначим число их через т_ш. _ф) рассчитывают с использованием в заданные моменты времени соответствующих (ЭСМОУ) либо один человек, именуемый ЛОР, либо группы лиц, в состав которых в зависимости от сложности решаемой задачи вхо­дят специалисты разной квалификации (в масштабе от сектора до специализированного J НИИ).

По окончании работы планирующий орган (ЛОР) представляет лицу, принимающему решение (ЛПР), в виде основного (базового) вариант, рекомендуемый в качестве проекта будущего рабочего решения. Число всех исследованных при этом вариантов, равно как и степень охвата в их характеристиках диапазона условий функцио­нирования системы, характеризуют степень обоснованности пред­лагаемого ЛОР проекта и количественно определяют глубину его проработки.

> о *

S ш

5 «

X Oi

S a

И О.

«Н

Я

5 о

я *

* 2 S ^и

еС g

ей о

SS &

о а

К о

и а.

6*

83

ЛПР может утвердить предлагаемый основной вфиант, может рассмотреть остальные альтернативные варианты, подготовленные ЛОР, и выбрать из них тот, который, по его мнению, в наибольшей степени удовлетворяет поставленной дели, а может корректировать (вносить дополнительные изменения) предложенный ЛОР основной вариант (число рассмотренных ЛПР вариантов обозначим т_к,_ф).

При рассмотрении каждого из т_ш. _ф и т_к._ф вариантов затра­чивается соответствующее время: А^ — на подготовку варианта к решению; А/₂ — на решение варианта в вычислительном ком­плексе или модуле микропроцессора; А/₃ — на анализ полученного результата решения.

Для организации этой работы в реальном масштабе времени необходимо: чтобы она закончилась к некоторому сроку р_ек, уста­новленному планом-графиком (вариант I); чтобы период ее выпол­нения не превышал некоторого значения АТ_зад, количественно вы­ражающего ограничения, накладываемые на процесс внешними усло­виями (вариант II). Первый способ ограничения имеет место, как правило, при проектировании, разработке, планировании работ и и т. п.; второй — в процессе фактического функционирования си­стемы.

Условиями функционирования системы в реальном масштабе времени являются (рис. 1.23):

t -j- А/ < _РеК — для I варианта; | At < АТ_зад — для II варианта, }

где А* = ][] I 2] ДЦ (Ц ^{= ш}> к); t — текущее реальное время.

Ц \/=1 /

Формально условия (1.5) для I и II вариантов эквивалентны, поскольку можно считать, что АГ_зад = _рек — t. Фактически (в за­висимости от организации работ) эти варианты могут различаться, чем и вызвана раздельная запись для них условий (1.5).

Для построения плана работы необходимо задать значения т_ш. _зад ^и зад- В зависимости от этого строится график функционирования человека (ЛОР и ЛПР) в системе как органически присущего ей элемента. При этом строго по времени регламентируется творческая работа человека в составе системы. Графики загруженности ЛОР и ЛПР выдаются на печать в виде, показанном на рис. 1.23, и выводятся на световое табло, а моменты начала этапов дублируются звуковыми и световыми сигналами, вырабатываемыми в соответствии с пара­метрами (СПП) множества (1.4). Для реализации этой функции в составе любой управляемой системы должен присутствовать спе­циализированный механизм регулирования, органи­зующий и контролирующий ее функционирование, в виде контрольно- организующей системы ((КОС)), обеспечивающей выполнение условий (1.5). Это требование определено четырнадцатым следствием:

^Следствие 14 .В управляемой системе должен присутство­вать механизм регулирования работы в реальном масштабе времени

в виде специализированной контрольно-организующей системы «КОС)).

Одним из результатов функционирования (КОС) является вывод на отображающие устройства графиков организации работы ЛОР и ЛПР (рис. 1.23). В этом случае должен осуществляться обмен инфор­мацией в линии ЭВМ-^человек. Выбор^языка для осуществления обмена информацией между человеком и машиной — (ЭСМОУ) (другими словами, выбор способов кодирования этой информации) является важной и сложной задачей, от правильного решения кото­рой существенно зависит успех совместного участия человека и ма­шины в решении задач управления ГАП. Для этих целей лучше всего подошел бы язык устного и письменного общения между людьми, в меньшей степени — язык математических символов и геометриче­ских фигур.

Использование естественных языков во многом зависит от воз­можностей технических средств и математических методов обработки информации. В настоящее время такие работы успешно ведутся, но внедрение их в практику потребует определенного времени.

Язык математических символов и геометрических фигур (обра­зов) — менее удобная форма общения, чем устная речь и письмо. Эта форма общения требует от человека выполнения дополнительной операции декодирования сигналов-символов, т. е. перевода их в пред­ставления реальной обстановки. Операция декодирования сигналов- символов является одним из труднейших умственных действий, при которых человек может совершать серьезные ошибки [12, 49]. Тем не менее при существующих технических средствах и математиче­ском обеспечении эта форма общения является основной.

При создании для такого общения СОДЯ первоначально необхо­димо расчленить исследуемый процесс на операционные элементы, с помощью которых человек создает в процессе управления варианты реальной обстановки, в виде так называемых информацион­ны х м о д е л е й [21 ].

Операционные элементы, из которых формируется информацион­ная модель, представляют собой целостные группы сигналов-сим­волов, несущих информацию для принятия решений о состоянии реальной обстановки, эффективности функционирования автоматизи­рованной системы, качестве работы ГАП и т. п. Эти элементы состав­ляют операционный алфавит СОДЯ. Условные символы операцион­ного алфавита, каждому из которых соответствует определенное содержание (функция), формализуются программно реализуемыми в вычислительной среде модулями (ЭСМОУ). Совокупности модулей (ЭСМОУ), сформированные по правилам общей математической тео­рии контекстно-свободных языков [24], составляют предложения, абзацы, страницы ит. п., однозначно воспринимаемые ЭВМ.

Сигналы, выдаваемые машиной человеку, обладают несколькими признаками разной степени различимости и могут неодно­значно воспринимаются как единое целое. Как правило, из всего множества сигналов выделяются основные, так называемые опозна­вательные признаки, которые человек способен воспринять опера-

но. Только в случае ухудшения условий восприятия опознава- ьных признаков человек рассматривает сигнал более детально и -сторонне. Вследствие этого человек в различных условиях может '-разному воспринимать одну и ту же совокупность сигналов. При кой форме общения степень понимания человеком результатов, лученных от ЭВМ, т. е. качество общения в канале ЭВМ ->че- век, в настоящее время практически оценить не представляется зможным [12].

г Вместе с тем для уменьшения времени доклада обстановки (аль- нативного варианта) ЛОР необходимо эти сигналы-символы едставить в виде сигналов-изображений. В проектной работе — о чертежи, в военном деле — карты обстановки. Общая форма ких представлений информации называется графически-стовесными мам и (ГСС).

: Такая форма представления выбрана не случайно. Пропускная особность зрительного канала примерно в 10 ООО раз выше, чем ухового. Фонетизация накладывает ограничения на скорость -реработки информации, которая не превышает 120—150 слов в ми- ту. Неэкономичной является и запись информации. Например, и текст, записанный математическими символами, занимает одну раницу, то словесное_изложение его, как правило, занимает де­тки страниц.

В свою очередь, значительно большей эффективностью по сравне­на с символической записью обладает запись с помощью картин, ем, карт обстановки, при которой вслед за зрительным восприя- ем почти молниеносно появляются внутренние умозаключения. ■~е великий позиограф Лейбниц завещал создание универсального иного и понятного для всех «картинного письма».

В настоящее время эта идея реализуется как один из способов шода/ввода информации с помощью светового пера графических сплеев, и методов новой иероглифики. Как следует из обзора стояния и перспектив развития ЭВМ, наиболее перспективным ляется позиграфический метод общения человека с машиной, при отором ввод и вывод информации будут осуществляться с помощью афических представлений. Предполагается, что в 80-е годы обще- ие в^каналах человек-^-ЭВМ на 90 % сведется к обмену образами и "мволами и лишь на 5 % — речевой сигнализации.

Картинное изображение, являясь многомерным сигналом, может 1ть насыщено значительным объемом информации. Оно позволяет ередавать человеку достаточно полное описание реальных объектов аиболее экономичным и оперативным способом. Благодаря связям жду элементами изображения общей информационной модели как руктурного целого, автоматически создается избыточность, повы- ающая надежность и обеспечивающая высокую помехоустойчи­вость информации.

* Однако графический способ представления информации имеет раницы применения. Это прежде всего зависит от точности оценки "гулируемых величин при воспроизведении и восприятия изобра- ения, ограниченной техническими возможностями конкретных

устройств. Как правило, в процессе управления требуется точное знание конкретных величин. Картинное изображение обстановки должно дополняться цифровыми значениями установленной точ­ности.

Следовательно, для повышения оперативности, надежности и ка­чества общения в линии ЭВМ->-человек информация, получаемая в (ЭСМОУ), должна выдаваться в двух формах:

1. позиграфический в виде ГСС на данный момент времени, обес­печивающей оперативность восприятия информации;

2. буквенно-цифровой в виде таблиц ПИД/ПВД, обеспечивающей точность восприятия информации.

Эти требования определяются пятнадцатым следствием:

С л е Дрс т в и е 15. Информация в линии ЭВМ->-человек должна выдаваться в двух формах — позиграфической и буквенно-цифровой, обеспечивающих соответственно оперативность и точность восприя­тия.

Примером вывода информации в позиграфическом виде являются графики загруженности ЛОР и ЛПР. С точностью до минут по ним трудно регламентировать работу, поэтому графики должны допол­няться таблицами, содержащими, с нужной точностью временные интервалы.

Очевидно, что каждое нарушение человеком или автоматом усло­вия (1.5), установленного требованием организации работы в реаль­ном масштабе времени, нарушит ритм или снизит качество функцио­нирования работы системы. При этом будет строго зафиксировано, в какой момент и по какой причине допущен сбой (брак), и выведена на оконечное печатающее устройство справка. Математическая модель (СМОУ) спрогнозирует и количественно оценит ущерб, свя­занный с допущенной ошибкой (браком).

Разработке математического аппарата, позволяющего количест­венно оценивать эффективность функционирования в реальном мас­штабе времени систем различного назначения (и прежде всего ГАП) в зависимости от соблюдения (нарушения) установленного режима, и посвящена настоящая книга.

Выводы

1. На современном этапе развития науки и техники невозможно рассматривать создаваемые аппараты, механизмы, формирования и другие структуры изолированно, как самостоятельные изделия.

Успех создания практически любого изделия, каким бы простым на первый взгляд оно ни казалось, зависит от рассмотрения его как системы в рамках системного подхода. Использование этой концеп­ции! потребовало коренного изменения взглядов на организацию производства и разработку!новой техники.

Исходными при создании новой техники стали не средств а, а ц е л и, для достижения которых начали разрабатывать комплексы определенным образом сформированных элементов, т. е. с и с т е м ы. Таким образом, основой разработок являются системы, а не отдель-		Принципы системного подхода и следствия из					них
Принцип системного подхода				Следствие
Номер и наименование	Обозначение		Формулировка	Номер	Обозна­чение	" « Формулировка
'■ J^Z* ^Лл. . Первый — целеобу- словленности	<1 псп>		Цель первична. Для ее реа­лизации (достижения) должна формироваться надлежащим образом организованная сово­купность технических средств и обслуживающих их людей, т. е. система	1 2 3	<С1> <С2> <сз>	Данная (исследуемая) система может быть создана, если ей задана цель Данная (исследуемая) система может су­ществовать, если она содержит механизм достижения цели, количественно харак­теризующий в каждый момент времени степень соответствия поведения системы заданной цели Параметры, определяющие цель, должны быть количественно измеримы
Второй — относи­тельности	<11 псп>		Одна и та же совокупность элементов может рассматри­ваться как самостоятельная система и как часть (подси­стема) другой, большей систе­мы, в которую она входит. В свою очередь, эта же совокуп­ность элементов может рассма­триваться как большая систе­ма по отношению к частям (подсистемам), которые входят в нее		<С4> <С5> _4 ,	Для данной (исследуемой) системы(«<ИС>) цель задает большая по отношению к ней система Система должна представляться в иерар­хической форме

Принцип системного подхода				Следствие
Номер и наименовани	е Обозначени	е Формулировка	Номе		Обозна- ;Р чение	Формулировка
Третий — управ­ляемости	<111 ПС ш	Создаваемая система | должна > быть управляемой, т* е. спо. собной изменять свое движение	6 7		<С6> <С7>	В управляемой] системе должен присут­ствовать механизм управления в виде уп­равляющей и управляемых частей, сое­диненных линиями прямой и обратной связи Структуратуправляемой системы должна описываться в виде иерархии управляе­мых контуров
Четвертый — свя­занности	<IV ПСП>	Система, выделенная для са­мостоятельного исследования, должна быть управляемой по отношению к старшим и уп­равляющей по отношению к младшим в иерархическом от­ношении системам i	8 9 10		<С8> <С9> <С10>	В системе, выделенной для самостоятель­ного исследования, должен присутство­вать механизм связанности в виде сово­купности трех частей: старшей системы, исследуемой системы и младшей системы, соединенных линиями прямой и обратной связи Управляемая система должна иметь внеш­ние критерии на входе и выходе, харак­теризующие степень соответствия ее по­ведения задаче управления. Критерии на входе задает старшая в иерархическом отношении система; критерии на выходе формирует сама данная (исследуемая) система ^ р Исследуемая [система свободна" в выборе совокупности внутренних критериев, gig предназначенных § для оптимизации рас­пределения ее ресурсов в целях макси­мального (оптимального) удовле творе­ния внешним критериям 1
Пятый — модели­руемо сти	1 ] <v псп> :	Управл¥ейТ^5стема доМна содержать в своей структуре модель прогнозирования во времени состояний для выбо­ра наилучшего поведения, обеспечивающего достижение заданной цели при минималь­ных затратах ресурсов	11 <		<си> : < ]	В управляемой системе должен присут­ствовать механизм моделирования в виде математической модели, обеспечивающий выработку рекомендаций для оптимиза­ции достижения заданной цели
Шестой — симбиоз - ности	<VI ПСП>	Управляемые системы должны строиться с применением та­ких концепций, которые по­зволяют рассматривать чело­века как звено системы уп­равления	12 13		<С12> <С13>	В управляемой сисгеме должен присут­ствовать механизм корреляции в виде до­полнительного третьего контура <ЕКУ>, обеспечивающего заданную корреляцию циркулирующих в основных контурах параметров под влиянием управляющих воздействий элементов естественного (че­ловека) и искусственного (ОСМОУ^) интеллектов Главенствующая роль человека в управ­ляемой системе обеспечивается механиз­мом общения элементов fестественного (человека) и искусственного (<ЭСМОУ>) интеллектов в виде специализированного диалогового языка (СОДЯ)
Седьмой — опера­тивности	<VII псп>	Изменения движения управ­ляемой системы под влиянием различных воздействий долж­ны происходить своевременно, т. е. в реальном масштабе вре­мени			<С14> <С15>	В управляемой системе должен присут­ствовать механизм регулирования работы в реальном масштабе времени в виде спе­циализированной контрольно-организу­ющей системы (КОС) Информация в линии ЭВМ человек должна выдаваться!в двух формах -— по- зиграфической и буквенно-цифровой, обе­спечивающих соответственно оператив­ность и точность восприятия

CD О Продолжение табл. 1.4 Таблица 1,5 Типовой спецификатор работ при проектировании системы № п/п	Содержание (этап) работы	Используемый < ПСП > или следствие
1	Задана ли цель	(I ПСП), (С1)
2	Можно ли проверить выполнение цели	<С2), <СЗ>
3	Представлена ли иерархическая структура большой системы, из которой предполагается, выделить за­данную для исследования и разработки систему	<Ы ПСП), (С4), (С5 , <111 ПСП), <С6>, <С7)
4	Выделена ли исследуемая система для самостоятель­ной разработки в виде единичного контура управле­ния	(IV ПСП), <С8)
5	Проведена ли коррекция ПИД/ПВД исследуемой системы, вызванная ее выделением из большой си­стемы	<С8>
6	Установлен ли внешний критерий для оптимизации поведения исследуемой системы при достижении за­данной старшей системой цели	<С9>
7	Установлен ли внутренний критерий для локаль­ной оптимизации внутренних ресурсов исследуемой системы в процессе реализации цели, заданной стар­шей системой	(СЮ)
8	Создана ли математическая модель, обеспечива­ющая моделирование поведения системы в целях прогнозирования вариантов ее состояния в зави­симости от условий реальной обстановки	(V ПСП)
9	Содержит ли математическая модель механизм фор­мальной оптимизации достижения цели	(С11)
10	Содержит ли система механизм, обеспечивающий объединение формально оптимального решения, вы­рабатываемого математической моделью, и творче­ского замысла человека в процессе функционирова­ния системы	(VI ПСП), (С12)
11	Создан ли*специальный операционный диалоговый язык (СОДЯ) для общения человека с ЭВМ (СМОУ) в процессе функционирования системы	(С13)
12	Содержит ли система механизм, обеспечивающий организацию и контроль функционирования системы в реальном масштабе времени (КОС)	(VII ПСП), (С14)
13	Выдает ли система информацию в позиграфическом {образном) виде для повышения оперативности ее восприятия человеком в процессе функционирова­ния системы в реальном масштабе времени	(С15)
14	Дублируется ли выдача позиграфической информа­ции в буквенно-цифровом виде для повышения точ­ности ее использования в процессе функционирова­ния системы в реальном масштабе времени	(С15)

изделия, входящие в них. Даже детали (компоненты) аппара- ы рассматриваются как своеобразные микросистемы. Экономические оценки производятся теперь только на уровне ем, а по отдельным изделиям — в рамках системы. Структура промышленных организаций должна строиться по инципу подсистем, особенно это касается систем ГАП. Прикладные инженерные дисциплины рассматриваются как эле- нты, нанизанные на каркас, создаваемый системным подходом. Появились специалисты новой профессии — системотехники, они собны организовывать работу коллективов разнородных специа- стов и использовать для решения сложных системных задач зна- я из многих -отраслей науки и техники.

2. Концентрированным выражением свойств кибернетических тем и одновременно набором руководящих правил для их иссле- ания и проектирования являются принципы систем- го подхода,

Существует обширная литература, посвященная их изложению нализу. Однако общепринятая классификация принципов отсут- ует. Задача сравнительного анализа всех известных определений ставилась. Предложены формулировки принципов системного хода как законов, проявляющихся в форме операционных пра- и отражающих накопленнный опыт. Для удобства использова- я принципы и следствия из них объединены в табл. 1.4.

2. Совокупность принципов и следствий из них сформулирована ерархически упорядоченной последовательности, следуя которой работчик может построить систему, удовлетворяющую требова­ла системного подхода.

Последовательность этих действий может быть объединена в ти- вой спецификатор работ, используемый как ин- умент для определения соответствия элементов и в целом системы П требованиям необходимых и достаточных условий построения ременных гибко управляемых систем. Степень подробности спе- икатора работ зависит от иерархического уровня епгпринадлеж- ти. Разработчику или руководителю работ в качестве базо- г о может быть рекомендован спецификатор, представленный абл. 1.5.