Электронный Научно - Информационный Журнал Системное Управление. Проблемы и Решения
 

Повышение эффективности управления специализированным технологическим комплексом на основе метасистемного подхода

Выпуск 5

Дибихин К.Ю.

На эффективность проведения трудоемких технологических операций существенное влияние оказывает методика моделирования предметной области. Разрешение проблемы выбора методики для адекватного описания процессов, протекающих в технической системе при взаимодействии с внешней средой, обусловливает эффективность ее эксплуатации и является определяющим.

Возможность альтернативного моделирования предметной области рассмотрим на примере использования многоцелевых летательных аппаратов (ЛА), входящих в состав авиационного специализированного комплекса (АСК) для проведения авиационно-химических работ (АХР). Данный пример представляется удачным в силу многокомпонентности АСК и многоплановости решаемых им задач.

В работе [1] АСК представлен как авиационная специализированная система (АСС), что накладывает на описание модели предметной области ряд ограничений, обусловленных спецификой системного подхода. При моделировании внутренних и внешних взаимосвязей АСК на основе системного подхода выделяются три этапа:

  • формирование входной информации (по технологиям проведения АХР) для реализации технико-экономической модели (ТЭМ);
  • определение номенклатуры парка машин (с основными параметрами машин) и реализация ТЭМ;
  • определение потребности в типах летательных аппаратов (ЛА) при проведении АХР в территориальном и сезонном масштабах.

Первый этап - решение ситуационной аналитической задачи с учетом вне- и внутриотраслевых связей компонентов системы. Выходная информация первого этапа - множество вариантов взаимосвязей, классифицированных по признаку единства технологий. Информация, полученная на первом этапе, является входной для этапа формирования структуры и типоразмеров парка ЛА.

Второй этап - решение параметрической задачи выбора основных параметров выделенных типоразмеров (оптимизация номенклатуры). Это задача, решение которой позволяет выбирать оптимальную структуру парка ЛА, специализацию отдельных типоразмеров, получить сезонное и территориальное распределение парка.

Третий этап - решение задачи эксплуатационного характера, в частности, с уточнением потребности в парке на календарный год, оптимального базирования и рациональной схемы сезонного маневрирования на отраслевом уровне (оптимальное распределение ЛА).

Достоинством параметрической модели является ее глубокая проработка с максимальным учетом основных стадий функционирования ЛА. Однако, в плане практического приложения, следует признать ее использование достаточно трудоемким именно в связи с высокой детализацией. Такой вывод напрашивается в связи с тем, что представляется маловероятной возможность доступа лиц, планирующих технологии, ко всем необходимым исходным и статистическим данным. Даже если предположить, что лица, планирующие технологию, располагают всей необходимой информацией, процесс принятия решения о выборе технологии в приемлемые сроки будет в значительной степени затруднен. В связи с этим представляется целесообразным выбор или формулирование подхода, обеспечивающего структурную целостность проводимых исследований.

Более универсальным представляется кибернетический подход (КП), сформулированный В.Н. Автономовым в [2] и базирующийся на понятиях информационного подхода [3]. КП нашел практическое применение в силу проникновения идей и методов кибернетики в повседневную практику. Реализация принципов КП представлена следующими типовыми операциями:

  1. Установление актуальных, программных целей, формирование и постановка задач по их достижению.
  2. Выбор для достижения этих целей объектов и средств в форме систем соответствующей им сложности.
  3. Определение характерного для этих систем окружения в течении всего периода их существования.
  4. Изучение предыстории, состояния и возможных направлений развития системы, ее окружения и процессов их взаимодействия.
  5. Выявление параметров, определяющих качество системы, учитывающих степень достижения поставленных целей и связанных с этим затрат.
  6. Организация замкнутых контуров управления качеством системы для целенаправленного перевода ее из настоящего в желаемое состояние.
  7. Моделирование и максимальная формализация системы, имеющих к ней отношение объектов, процессов и факторов.

Следовательно, в качестве концептуального подхода к анализу и синтезу может быть предложен кибернетический подход. Однако, с позиций общей методологии, этот подход требует максимальной формализации и алгоритмизации при моделировании протекающих в системе процессов. Положение осложняется тем, что в публикациях, приводящих модели, реализуемые при кибернетическом подходе, описанных в основном математиками, реально не представляющими сущности технических и организационных задач, основной упор делается на математические аспекты их постановки и решения. Эта проблема в значительной степени ограничивает использование предлагаемых моделей.

При рассмотрении АСК в компонентном аспекте, приведенном в [1] выделяются действующие компоненты, которые непосредственно выполняют АХР, и обеспечивающие компоненты, участвующие в АХР с целью обеспечения действующих компонентов. В составе действующих компонентов, непосредственно реализующих технологический процесс, кроме компонентов окружающей среды, выделяем: ЛА, как средство доставки (СД); сельскохо-зяйственное оборудование как средство исполнения (СИ); химикаты как средство воздействия (СВ); растения и почву как объекты воздействия (ОВ); взлетно-посадочную полосу (ВПП), как средство базирования (СБ); средства обеспечения (СО); средства приобретения и обработки информации (СПОИ).

Состав АСК в компонентном аспекте представлен в табл. 1.

Таблица 1 - Состав АСК в компонентном аспекте.

КОМПОНЕНТЫ

ДЕЙСТВУЮЩИЕ

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ

СД

СВ

СИ

СБ

ОВ

СО

СПОИ

Перечисленные подсистемы и компоненты виртуально объединены ресурсами подсистемы управления, распределяющей общесистемные ресурсы и определяющей степень включения подсистем нижнего уровня в технологический процесс.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

  • АСК можно классифицировать как сложную техническую систему, число взаимодействующих подсистем которой достаточно велико, и все они выполняют сложные и трудно формализуемые функции;
  • системотехническая, кибернетическая и компонентная составляющие методологического аппарата анализа с недостаточной полнотой отражают взаимосвязи между подсистемами АСК и специфику его функционирования, что не позволяет определить их как базовые и универсальные;
  • выявленные свойства АСК присущи отдельному классу технических систем - метасистемам, что предполагает целесообразность проведения анализа АСК с позиций метасистемного подхода.

Согласно [4], определение системы включает понятия структуры, функции, элемента (подсистемы), процесса, связи, управления и поведения.

В соответствии с системологией Дж. Клира [5] существует два способа интегрирования систем: создание структурированной системы или метасистемы. В первом случае система разбивается на подсистемы, которые в свою очередь дробятся на подсистемы второго уровня, третьего уровня и т.д. Во втором случае система формируется на основании правила замены, когда из некоторого набора систем в каждый момент выбирается одна или некоторая группа функционирующих систем.

Структурированную систему характеризуют следующие признаки:

  • число элементов системы определяется по принципам полноты и достаточности;
  • жесткая взаимосвязь элементов, стабильность связей между ними;
  • в данный момент времени функционируют все элементы системы.

Метасистемный подход характеризуется тремя существенными особенностями, коррелирующими с указанными выше признаками:

  • элементы метасистемы в большой степени самодостаточны и независимы друг от друга;
  • в метасистеме в любой момент времени функционируют не все элементы, а лишь один, либо некоторая группа выбранных;
  • в метасистеме количество элементов удовлетворяет совсем другим критериям и должно быть оптимальным в соответствии с ними.

Подсистемы АСК функционируют в режиме разделения времени и осуществляют необходимые связи, находясь в различной степени готовности. При реализации технологического процесса задействованы отдельные подсистем, а остальные элементы не используются. Отсюда следует вывод об относительной автономности подсистем АСК, отсутствии постоянной жесткой связи между ними. Связь осуществляется только через верхний уровень управления.

Исходя из этого формулируются следующие положения:

  1. АСК характеризуется набором самостоятельных слабосвязанных подсистем, каждая из которых независима и самодостаточна.
  2. Степень включения подсистем АСК обусловлена, главным образом, спецификой проведения АХР - сезонностью их выполнения.
  3. Различная степень готовности подсистем АСК, отдельных элементов подсистем к реализации той или иной технологии.
  4. В силу разнородности задач, решаемых АСК, набор реализуемых технологий, нестабилен и может быть сокращен или дополнен. Менее эффективные технологий могут быть заменены более эффективными.

Результаты проведенного анализа основных признаков системы, метасистемы и АСК сведены в табл. 2.

Таблица 2- Основные признаки системы, метасистемы, АСК.

№ п/п

Основные признаки

Система

Метасистема

АСК

1

Принципы синтеза

+

 

 

а)

Полнота и достаточность

 

 

 

б)

Оптимальное число элементов

 

+

+

2

Степень взаимосвязи

 

 

 

а)

Стабильность связей между элементами

+

 

 

б)

Самодостаточность и независимость элементов

 

+

+

3

Время функционирования

 

 

 

а)

Все элементы функционируют одновременно

+

 

 

б)

Функционирование элементов может быть разнесено во времени

 

+

+

Особое внимание следует уделить подсистеме управления, свойства которой носят неявный, но всеобъемлющий характер, поскольку она координирует включение тех или иных подсистем, их элементов, параметры которых находятся в определенной зависимости. Вследствие этого появляется необходимость согласования зависимых параметров, то есть требуется более высокий уровень управления. Ядром подсистемы управления может служить экспертная система поддержки принятия решения.

Отсюда вытекают особенности задач, сформулированных в [6] и решаемых при метасистемном подходе.

  1. Выявление диапазонов эффективности функционирования каждой из технологий или их сочетаний.
  2. Обеспечение сочетаемости элементов АСК.
  3. Разработка оптимальной стратегии выбора во времени одной технологии или группы одновременно функционирующих.
  4. Оценка и обеспечение степени готовности технологий к включению.
  5. Задача оптимального перераспределения общесистемных ресурсов.
  6. Задача синтеза оптимальной метасистемы.

Анализ задач, решаемых при метасистемном подходе и задач, решаемых в процессе функционирования АСК, показывает, что их постановка и решение имеют общую методологическую основу, построенную на сходных принципах.

Результаты анализа применимости задач, решаемых при метасистемном подходе, к АСК, приведены в табл. 3.

Таблица 3-Применимость метасистемных задач к АСК.

№ п/п

Задачи, решаемые при метасистемном подходе

Применимость задач к АСК

1

Выявление диапазонов эффективности функциони­рования каждой из систем или их сочетаний

+

2

Разработка стратегии переключения отдельных или группы одновременно функционирующих систем

+

3

Оценка и управление уровнем готовности систем к использованию

+

4

Выявление и обеспечение сочетаемости, согласо­ванного взаимодействия подсистем

+

5

Оптимальное перераспределение ограниченных общесистемных ресурсов

+

6

Оптимальный синтез метасистемы

+

Подсистема управления АСК, выполняет надсистемные - координирующие и диспетчерские функции. Эффективность управления оценивается классическим обобщенным показателем - качеством управления, определяемым на основе его оценки по ряду следующих основных показателей: точность, быстродействие и устойчивость.

Особое место в ряду показателей качества управления занимает быстродействие, определяющее время реакции АСК на изменение внешних условий и находящееся в непосредственной взаимосвязи с готовностью.

Показатели качества управления АСК находятся в непосредственной взаимосвязи с задачами, решаемыми при метасистемном подходе. Схема взаимосвязей показателей качества управления с задачами, решаемыми при метасистемном подходе, приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Схема взаимосвязей показателей качества управления авиационным специализированным комплексом с задачами, решаемыми при метасистемном подходе

Рисунок 1 - Схема взаимосвязей показателей качества управления авиационным специализированным комплексом с задачами, решаемыми при метасистемном подходе

Основные показатели качества управления (точность, быстродействие, устойчивость) образуют первый контур управления.

Второй контур управления образуется при постановке и решении дополнительной задачи оптимального перераспределения общесистемных ресурсов с максимизацией общего эффекта метасистемы и описывается классическим функционалом оптимизации.

Результаты проведенного анализа позволяют сделать следующий вывод: по совокупности выявленных признаков, обусловленных принципами синтеза, степенью взаимосвязи между элементами, временем функционирования элементов, а также применимости задач, решаемых при метасистемном подходе и взаимосвязи показателей качества с задачами, решаемыми при метасистемном подходе, АСК следует признать метасистемой.

Таким образом, показана правомерность метасистемного подхода к АСК и построена структурная модель его функционирования, демонстрирующая его политехнологичность и приведенная на рис. 2.

Рисунок 2 - Структурная модель функционирования авиационного специализированного комплекса: АХР - авиационные химические работы; АСК - авиационный специализированный комплекс; НКМ - наземный комплекс; ГСМ - горюче-смазочные материалы

Рисунок 2 - Структурная модель функционирования авиационного специализированного комплекса: АХР - авиационные химические работы; АСК - авиационный специализированный комплекс; НКМ - наземный комплекс; ГСМ - горюче-смазочные материалы.

Предлагаемая структурная модель функционирования АСК осуществляет принцип управления по возмущению (получение заявки на проведение АХР) отражает всю совокупность проанализированных выше взаимосвязей и задач, решаемых при метасистемном подходе. Следовательно, можно сделать вывод о том, что задачи, решаемые АСК, согласуются с задачами метасистемного подхода и позволяют определить его как метасистему. Каждая технология, реализуемая АСК, имеет свой диапазон эффективности, определяемый областью предпочтительного применения. Затраты на формирование оптимального набора технологий проведения АХР могут быть уменьшены за счет увеличения их перекрытия по оборудованию или кадрам. Разработка стратегии использования технологий позволяет оптимально готовить их к включению во времени, тем самым сокращая простои, и минимизировать отказы. Перераспределение общесистемных ресурсов имеет решающее значение при их ограниченности, позволяя уменьшить общесистемные потери.

Литература

1. Султанов Н.З., Хибатуллин С.Г. К вопросу об автоматизации технологических режимов проведения авиационно-химических работ. // Тез. докладов V российской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии в транспортных системах"/ - Оренбург: ОГУ - 2002. с. 139 - 145.

2. Автономов В. Н. Создание современной техники. Основы теории и практики. -М.: Машиностроение,1991. -258 с.

3. Железнов И.Г. Сложные технические системы: оценка характеристик. -М.: Высшая школа, 1984.- 342 с.

4. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике.-М.: Радио и связь, 1984.-376 с.

5. Дж. Клир. Системология. Автоматизация решения системных задач. -М.: Радио и связь, 1990. -431 с.

6. Пищухин А.М., Коршунова Т.И. Особенности метасистемного подхода в теории управления.// Материалы региональной научно-практической кон-ференции "Современные информационные технологии в науке, образовании и практике", ИПК ОГУ, 2002 г., Оренбург, 2002 г. - 435 с.

 
© МФТИ
© МЭРТ
© НП Аналитический центр "Концепт"
Сайт разработан:
"Golden CMF" ™ - 2energies ©

Издательство «Концепт» Москва 2004
Дата последней редакции: 16.10.2009

ГЛАВНАЯ   |   ПУБЛИКАЦИИ   |   РУБРИКАТОР   |    АВТОРСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ   |   О ЖУРНАЛЕ   |   УЧРЕДИТЕЛИ