Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»

Кафедра ИТ-7

«Автоматизированные системы управления

и информационные технологии»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине 1716 «Теоретические основы автоматизированного управления»

по специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Часть 1

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«___» _______________ 2007 г.

Протокол № _____

МГУПИ — 2011 г.

Оглавление

Раздел № 1 «СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ» 3

СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ. СВОЙСТВА. 3

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ 3

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ 6

ПРОЦЕСС ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ 7

СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ 7

ПОНЯТИЕ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ 9

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ 10

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ 11

МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМ 14

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД. 14

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ. 17

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 21

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 21

ЦЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 22

ЗАКОН УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ 24

ЗАДАЧИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 26

Раздел №2 «ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ» 38

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 38

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ОРГАНИЗАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ 39

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИОННОМУ УПАВЛЕНИЮ 42

МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 45

СПЕЦИФИКА ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 49

Раздел № 1 «СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ»

СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ. СВОЙСТВА.

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ

Будем использовать понятие системы, которое учитывает такие важные составляющие любого материального объекта, как элемент, связи, взаимодействия, целеполагание.

Рис. 1. Понятие системы

Система - множество составляющих единство элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующие присущую данной системе целостность, качественную определенность и целенаправленность.

По определению элемент - это составная часть сложного целого. Сложное целое - это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент - неделимая часть системы.

Элемент - часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами и внешней средой.

Множество А элементов системы можно описать в виде:

А = {a_i}, i = 1, ..., n,

где a_i - i-й элемент системы;

n - число элементов в системе.

Каждый a_i элемент характеризуется m конкретными свойствами Z_i1, ..., Z_im (вес, температура и т.д.), которые определяют его в данной системе однозначно.

Совокупность всех m свойств элемента a_i будем называть состоянием элемента Z_i:

Z_i = (Z_i1, Z_i2, Z_i3, ..., Z_ik, …, Z_im)

Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (времени, пространства, внешней среды и т.д.), может изменяться.

Последовательные изменения состояния элемента будем называть движением элемента.

Связь - совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами - это значит выявить наличие зависимостей их свойств.

Множество Q связей между элементами a_i и a_j можно представить в виде:

Q = {q_ij} , i,j = 1 ... n.

Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи - совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

Взаимодействие - совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Структура системы - совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.

D = {А, Q}.

Структура является статической моделью системы и характеризует только строение системы и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.

Система существует среди других материальных объектов, которые не вошли в систему и которые объединяются понятием «внешняя среда» - объекты внешней среды.

Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход - воздействие системы на внешнюю среду.

По сути дела, очерчивание или выявление системы есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система - объект анализа (синтеза), а другая - как внешняя среда.

Внешняя среда - набор существующих в пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

Внешняя среда - это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Для данной системы внешняя среда (окружение) есть множество предметов вне системы:

1) изменение признаков которых влияет на систему;

2) признаки которых изменяются вследствие поведения системы.

Решение задачи отнесения предметов к самой системе или к ее окружению является в значительной мере произвольной и зависит от целей изучения системы. Общая проблема выделения окружения весьма сложна. Для того, чтобы указать окружение полностью, необходимо знать все факторы, воздействующие на систему или испытывающие воздействие с ее стороны. Это задача также сложна, как и указание самой системы.

При определении границ системы и ее окружения часто используют метод абстрагирования или идеализации. При использовании этого метода в систему и ее окружение включают те предметы, которые кажутся наиболее важными, описывают связи между ними возможно точнее и исследуют наиболее интересные признаки, пренебрегая теми, которые не играют существенной роли.

Этот метод широко используется в физических и химических исследованиях. Например, пружины без массы, воздух без трения, идеальные газы и т.п.

При создании технических систем в окружение системы включаются следующие универсальные факторы: - состояние технологии; - естественное окружение; - политика организации; - экономические условия для новых технологий; - человеческий фактор.

Примечание: Можно рассмотреть примеры взаимного влияния системы и окружения. Возникновение информационных технологий и изменение общества, как заказчика и потребителя информационных услуг.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

Структура системы есть устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей.

Структура системы отражает порядок вхождения элементов в подсистемы, а затем последовательное объединение подсистем в целостную систему. Эта структура всегда парно-иерархического типа и имеет не менее двух уровней: старший уровень - система; младший уровень - элемент.

Классификация видов структур:

1). В зависимости от характера организации в системе элементов и их связей выделяют три типа структур: сетевую, иерархическую, скелетную.

2). В плане пространственной организации различают структуры: - плоские; - объемные; - рассредоточенные, когда элементы равномерно распределены в пространстве; - локально сосредоточенные.

3). По временному признаку выделяют: - Экстенсивные структуры, в которых с течением времени происходит рост числа элементов; - интенсивные структуры, в которых происходит рост числа связей и их мощи при неизменном числе элементов; - редуцирующие, противоположные экстенсивным; - деградирующие, противоположные интенсивным; - стабильные.

Структура является наиболее консервативной характеристикой системы.

Функция есть действие, поведение, деятельность системы

Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств и при формировании элемента и его связей в системе.

Функция системы или набор функций возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций и дисфункций элементов ее составляющих.

Любой элемент обладает огромным количеством свойств. Одни из этих свойств при формировании связей подавляются, другие приобретают ярко выраженных характер. Однако степень подавления системонезначащих свойств элементов, как правило, не бывает полной. В связи с этим при формировании системы возникают не только «полезные функции», обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, но и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы.

Основными системными характеристиками функций являются:

• совместимость на элементном уровне;

• изменчивость (лабильность);

• возможность активизации на свойствах элементов;

• интенсивность ( выраженность);

• степень детерминированности.

ПРОЦЕСС ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ

СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ

Состояние системы - совокупность состояний ее n элементов и связей между ними (двухсторонних связей не может быть более чем n(n - 1) в системе с n элементами). Если связи в системе неизменны, то ее состояние можно представить в виде

Z = (Z₁, Z₂, Z₃, ..., Z_k, ..., Z_n)

Задание конкретной системы сводится к заданию ее состояний, начиная с зарождения и кончая гибелью или переходом в другую систему.

Реальная система не может находиться в любом состоянии.

На ее состояние накладывают ограничения - некоторые внутренние и внешние факторы (например, человек не может жить 1000 лет).

Возможные состояния реальной системы образуют в пространстве состояний системы некоторую подобласть (подпространство) - множество допустимых состояний системы.

Входы системы - различные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему называются входами Х; системы.

Входами системы являются информация, вещество, энергия, которые подлежат преобразованию.

Входные воздействия, изменяющиеся с течением времени, образуют входной процесс. Входной процесс можно задать, если каждому моменту времени поставить в соответствие, по определенному правилу, входное воздействие.

Обобщенным входом Х называют некоторое (любое) состояние всех r входов системы, которое можно представить в виде вектора:

Х = (X₁, Х₂, Х₃, ..., X_k, ..., Х_r).

Выходы системы - различные точки приложения влияния (воздействия) системы на внешнюю среду называются выходами Y_j системы.

Выход системы - это результат преобразования информации, вещества и энергии.

Выходные величины изменяются с течением времени, образуя выходной процесс.

Обратная связь - то, что соединяет выход со входом системы и используется для контроля за изменением выхода.

Ограничения системы - то, что определяет условия реализации процесса (процесс - последовательность операций по преобразованию чего-либо, т.е. то, что преобразует вход и выход).

Ограничения бывают внутренними и внешними. Одним из внешних ограничений является цель функционирования системы. Примером внутренних ограничений могут быть ресурсы, обеспечивающие реализацию того или иного процесса.

Движение системы - процесс последовательного изменения состояния системы.

Вынужденное движение - движение системы под влиянием внешней среды, которое приводит к изменению ее состояния. Вынужденное движение (пример) - перемещение ресурсов под действием приказа (поступившего в систему извне).

Собственное движение - движение системы без воздействия внешней среды (только под действием внутренних причин). Собственным движением человека будет его жизнь как биологического (а не общественного) индивида, т.е. питание, сон, размножение.

ПОНЯТИЕ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ

Процесс - совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели.

Входной процесс - множество входных воздействий, которые изменяются с течением времени.

Функции входных процессов - задание, по определенному правилу, в определенные моменты времени, управляющих воздействий.

Выходной процесс - множество выходных воздействий на окружающую среду, которые изменяются с течением времени.

Воздействие системы на окружающую среду определяется выходными величинами (реакциями). Выходные величины изменяются с течением времени, образуя выходной процесс, представляющий определенную функцию.

Функции выходных процессов - задание, по определенному правилу, в определенные моменты времени, выходных величин (реакций) системы.

Изменение состояния происходит с течением времени, образуя движение системы.

Функцией входа является возбуждение той силы, которая обеспечивает систему энергией, материалом, информацией, поступающей в процесс.