Лекция 2_2011 (Электронные)
Описание файла
Файл "Лекция 2_2011" внутри архива находится в папке "Электронные". Документ из архива "Электронные", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "эффективность гусеничных машин специального назначения" из 11 семестр (3 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "эффективность гусеничных машин специального назначения" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Лекция 2_2011"
Текст из документа "Лекция 2_2011"
11
Лекция 2
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПЕРАЦИЙ В ТЕХНИКЕ
Эффективность технических систем (ТС) определяется множеством различных по своей природе факторов. Под фактором понимают условие, которое влияет на тот или иной процесс (явление).
При исследовании эффективности технических систем, как правило, выделяют три группы факторов: качество (свойства) ТС, условия функционирования ТС, способы использования (применения) ТС.
В зависимости от сложности системы, цели исследования признают целесообразным введение нескольких уровней качества. Эмпирически установлены уровни качества, получившие названия:
- устойчивость;
- помехоустойчивость;
- управляемость;
- способность;
- самоорганизация.
Первичным качеством любой системы является ее устойчивость (R — качество). Системы, не обладающие этим качеством, не могут существовать. Для простых систем устойчивость объединяет такие их свойства, как прочность, стойкость к воздействию внешних факторов, сбалансированность, стабильность, гомеостазис (способность системы возвращаться в равновесное состояние при выводе из него внешними воздействиями). Для сложных систем характерны различные формы структурной устойчивости, такие, как надежность, живучесть и т. д.
Другим качеством систем, более сложным, чем устойчивость, является помехоустойчивость (I — качество), понимаемая как способность системы без искажений воспринимать и передавать по каналам сообщений информационные потоки. Помехоустойчивость, другими словами, есть способность системы противодействовать помехам. Помехоустойчивость объединяет ряд свойств, присущих в основном системам управления. К таким свойствам относятся надежность систем связи и систем переработки информации, их пропускная способность, возможность эффективного кодирования и декодирования информации, электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и т. д.
Следующим качеством системы является управляемость (С — качество). Под управляемостью понимают способность системы переходить за конечное (заданное) время из одного состояния в другое (требуемое) под влиянием управляющих воздействий. В общем смысле управляемость есть способность системы выполнять команды управления, оперативно реагировать на них. Очевидно, управлять можно лишь помехоустойчивой системой. Если управляющие сигналы искажаются в недопустимых пределах при их передаче к объектам управления, то управление лишается смысла.
Управляемость обеспечивается прежде всего наличием прямой и обратной связей, которые служат для передачи управляемой системе команд (сигналов) управления, получения от нее сообщений о рассогласовании реального (фактического) и требуемого состояний управляемого объекта и исполнении команд управления. Управляемость объединяет такие свойства системы, как гибкость управления, его оперативность, точность, быстродействие, инерционность и др. Для сложных систем управляемость включает и способность выработки решений, на основе которых формируются управляющие воздействия.
В ряду усложнения качеств следующее место после управляемости занимает способность системы (А — качество). Речь идет о качестве системы, которое определяет ее возможности решать те или иные задачи, достигать тех или иных результатов в своей деятельности (производить в соответствующие сроки определенную продукцию, осуществлять определенный объем транспортных перевозок и т. д.). Данное качество объединяет совокупность свойств системы, определяющих ее функциональное назначение (производственное, транспортное, информационное и т. д.). К таким свойствам могут быть отнесены производительность, мощность, обеспеченность различного рода ресурсами и т. д. А — качество является определяющим при введении понятия эффективности системы (операции). Способность системы отражает потенциальную возможность решить поставленную задачу, т. е. ее потенциальную эффективность. Последняя, как уже отмечалось, определяется эффективностью операции при идеальных способах использования рассматриваемой системы.
Наиболее сложным качеством системы является самоорганизация (L — качество). Этим качеством обладают системы большой сложности, способные изменять свою структуру, параметры, ориентацию поведения в целях повышения эффективности выполнения своих функций. Самоорганизующая система обнаруживает свойства, принципиально важными из которых являются: свобода выбора решений, способность к адаптации, самообучению, распознаванию ситуаций и т. п.
Принцип свободы выбора решений предусматривает выбор не единственного лучшего решения, а нескольких приемлемых решений. В зависимости от складывающейся ситуации при выборе решения на определенном шаге остается возможность вернуться к предыдущему шагу и изменить ранее принятое решение так, чтобы оставалась свобода выбора решения на последующих шагах процесса. Этим обеспечивается значительная гибкость управления и существенно повышается его эффективность.
С целью повышения эффективности операции самоорганизующиеся системы могут переподчинять свои подсистемы, перераспределять задачи между ними и ресурсы для решения этих задач.
На рисунке 1 схематически показаны усложняющиеся качества систем. Перечисленные в порядке усложнения R, I, С, A, L — качества, условно изображены в виде системы вложенных прямоугольников. Данное графическое представление рассматриваемых качеств систем логически означает следующее: система, обладающая данным качеством (например, С — качеством), имеет и все другие более простые качества (I и R — качества), но не имеет качеств более высокого порядка (А и L — качеств).
Рисунок 1 - Усложняющиеся качества систем
Введение уровней качества технических средств позволяет ограничивать исследования качества одним из перечисленных уровней. Так, качества простых систем часто сводятся к устойчивости этих систем. Например, качество инженерных сооружений, таких как железнодорожный мост, определяется его устойчивостью. Здесь нет смысла подниматься на более высокие уровни при оценке качества. Очевидно, при анализе качества телевизионного приемника уровень устойчивости, определяемый в этом случае надежностью его работы, недостаточен. Целесообразно при оценке качества приемника перейти на уровень I — качества (помехоустойчивость), так как на этом уровне можно определить качество изображения. Однако при оценивании качества, например, стартового космического комплекса необходимо перейти на уровень А — качества и оценить потенциальную эффективность системы как ее способность вывести на орбиту искусственный спутник Земли (ИСЗ) с заданными параметрами. В этом случае приходится исследовать операцию, целью которой является вывод на орбиту ИСЗ. Потенциальную эффективность этой операции можно принять как характеристику качества стартового космического комплекса.
Уровень качества выбирает исследователь и в зависимости от сложности объекта определяет цели исследования, наличие информации о свойствах объекта, его целевом назначении и условиях применения.
Следующая важная группа факторов, оказывающих существенное влияние на эффективность операции, характеризует способы применения ТС в операции. Эти факторы определяют (задают) порядок и приемы использования ТС для решения поставленных задач в операции. Каждой ТС присущи свои, специфические способы применения, которые характеризуются совокупностью соответствующих факторов. К ним относятся: распределение частных задач и выделенных ресурсов между элементами системы, пространственно-временная последовательность выполнения отдельных видов работ (действий), способы управления и планирования, способы связи и взаимодействия между элементами системы, режимы и регулярность использования и т. д.
К факторам, формирующим условия функционирования систем, относятся природные факторы (природно-климатические условия, географическое местоположение и т. д.), факторы, являющиеся следствием активных действий конкурентов или партнеров (например, возможность, характер, способы целенаправленного противодействия), а также факторы, характеризующие наличие и виды различного рода ограничений (экономических, социальных, экологических и др.).
Схема факторов, определяющих эффективность технических систем, приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема факторов, определяющих эффективность технических систем
Среди факторов, которые учитываются при исследовании эффективности, можно выделить:
- управляемые;
- неуправляемые.
К управляемым факторам относят такие, на которые ЛПР может влиять по своему усмотрению, т. е. которыми он может оперировать в процессе планирования и проведения операции. К ним относят, например, факторы, характеризующие способы применения ТС.
Неконтролируемыми являются такие факторы, как погодные условия, действия конкурентов и т.д.
Стратегии U формируются из множества управляемых факторов. Однако в моделях операций в зависимости от характера задачи исследования эффективности множество стратегий U может быть сформировано из факторов, характеризующих не только способы применения, но и условия применения и качества ТС. Так, например, если необходимо выбрать лучший проект системы для определенных условий и способов ее применения, то тогда в качестве стратегии выступают совокупности характеристик того или иного проекта. Или другой пример. В исследовательских задачах часто ставится задача выбора (создания) такого комплекса условий проведения операции (функционирования ТС) u*, при котором эффективность операции (ТС) наибольшая. Очевидно, что в этом случае множество стратегий U формируется из множества факторов, характеризующих условия проведения операции (функционирования ТС).
По отношению к исследуемой системе факторы могут быть внешними и внутренними. Внешние факторы отражают влияние внешней среды, способствуя успешному проведению операции (полезные факторы), или противодействуя успеху операции (вредные факторы). Внутренние факторы отражают взаимовлияние движущих сил внутри системы на ход и исход операции.
При исследовании систем факторы отображают в виде переменных (числовых и нечисловых). Классификация факторов приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Классификации факторов
С точки зрения информированности исследователя об этих переменных факторы делят на определенные и неопределенные . К определенным относят переменные, значения которых известны исследователю с требуемой точностью. Это различного рода заданные параметры, известные (регулярные) функции определенных аргументов и т. п. К определенным факторам также относят контролируемые входные воздействия, в том числе и управляемые переменные.
К неопределенным относят переменные, о значениях которых в реальном процессе исследователь осведомлен не полностью. Природа неопределенности этих переменных (факторов) может быть различной. Обычно неопределенные переменные делят на две группы: случайные переменные и неопределенные переменные нестохастической природы .
Если распределение случайной переменной (например, в виде функции распределения) известно, то в этом случае говорят, что переменная статистически определена. Случайные переменные с неизвестными распределениями делят на два вида: с известными параметрами (характеристиками) распределения и с неизвестными параметрами. При исследовании систем со случайными факторами широко используются вероятностно-статистические методы. Например, методами параметрического статистического оценивания можно определить параметры распределения случайных переменных на основе статистических испытаний (если таковые возможны). Непараметрическое оценивание позволяет установить распределения случайных переменных.
Неопределенные факторы нестохастической природы можно условно разделить на две группы: с известными функциями принадлежности (диапазонами изменения переменных), с неизвестными функциями принадлежности.
Функция принадлежности задает некоторое подмножество (подобласть) общей допустимой области изменения фактора, определяемой, например, физической природой соответствующего фактора. Очевидно, подобласть, определяемая функцией принадлежности, в некотором смысле отражает степень неопределенности фактора. Разумеется, чем меньше подобласть, определяемая функцией принадлежности, тем меньше степень неопределенности фактора. В пределе функция принадлежности, выделяющая всего одно значение фактора, переводит его в разряд определенных факторов.