- Применение автоматов
§ 11. Категория "автомат"
Под автоматом традиционно понимают устройство, функционирование которого происходит без непосредственного участия человека.
Однако, строго говоря, без непосредственного участия человека не функционирует ни одно устройство. Например, в торговом автомате нужно добавлять товар и забирать деньги, в ЭВМ - вводить данные с клавиатуры или внешнего запоминающего устройства и т.п. Кроме того, устройства нужно включать и выключать, а также производить ремонтные и регламентные (профилактические) работы. Следовательно, приведенное определение необходимо уточнить:
Автомат - это устройство, функционирование которого рассматривается как происходящее без участия человека.
Но такое определение можно применить к любому устройству, в том числе даже к самому простому, поскольку оно самостоятельно выполняет некоторые функции, отвечающие назначению данного устройства. Например, острие иглы производит отверстие в прокалываемом материале, хотя саму иглу автоматом считать не принято.
Таким образом, теоретический вывод о том, что в роли автомата может выступать любое устройство, вступает здесь в противоречие с традиционными практическими представлениями человека по поводу того, какие устройства следует считать автоматами, а какие - нет. Так, на практике автоматами чаще всего считаются сложные технические устройства, потребляющие электроэнергию, в первую очередь - ЭВМ, реже - сложные механические устройства. Сложность различных устройств можно понимать по-разному, следовательно, ответ на вопрос о том, следует ли считать автоматом то или иное техническое средство - например, сотовый телефон - зависит в конечном итоге от соглашения между людьми.
§ 12. Применение автоматов
В зависимости от использования автоматов различают неавтоматизированный, автоматизированный и автоматический объекты.
Рекомендуемые материалы
Неавтоматизированный объект - это сложный объект, среди внутренних объектов которого имеются люди (один человек или более) и ни один внутренний объект не рассматривается как автомат.
Если неавтоматизированный объект представляет собой процесс, то он называется также ручным.
Примеры: неавтоматизированное или ручное производство - это производство без участия автоматов в производственном процессе, неавтоматизированное или ручное управление - управление, осуществляемое человеком вручную (т.е. без помощи автоматов).
Автоматизация объекта - это включение в неавтоматизированный объект одного или более автоматов (в качестве внутренних объектов).
Автоматизация объекта может проводиться в различных целях, наиболее часто - в целях повышения эффективности управления (сокращение затрат, высвобождение трудовых ресурсов, уменьшение количества ошибок, повышение производительности труда и т.п.).
В результате автоматизации неавтоматизированного объекта получают
Автоматизированный объект - это сложный объект, среди внутренних объектов которого имеются по крайней мере один человек и по крайней мере один автомат.
Автоматизированные объекты могут быть также получены путем либо непосредственного проектирования (например, проектирование автоматизированного предприятия), либо перепроектирования ранее автоматизированного объекта в связи с обновлением его технического обеспечения.
Автоматизированное управление - это управление, осуществляемое автоматизированным объектом (т.е. целенаправленное движение автоматизированного объекта).
Автоматизированная система - это автоматизированный объект, рассматриваемый как система.
Автоматизированная задача (функция) - это задача, решаемая (функция, выполняемая) автоматизированным объектом.
Наконец, может быть введено понятие автоматического объекта.
Автоматический объект - это объект, рассматриваемый как автомат или система взаимодействующих автоматов.
Автоматическое управление - это управление, осуществляемое автоматическим объектом.
§ 13. Категория "цель"
Введем следующее определение.
Цель (управления, практическая) – это:
1) объект небытия, получение которого в бытии желается человеком;
2) объект бытия, который человек желает сохранить в некотором исходном состоянии;
3) новое состояние объекта бытия, в которое объект нужно перевести из исходного состояния.
В первом случае объект в бытии отсутствует и управление сводится к его созданию, например, строительству дома. Цель при этом – еще не построенный дом.
Во втором случае объект уже существует в бытии и управление сводится к регулированию, т.е. поддержанию объекта в некотором состоянии, например, сохранению некоторых данных в неискаженном виде. Цель при этом – сами данные (их исходное состояние).
В третьем случае объект изначально также существует в бытии и управление служит для его перевода из одного состояния в другое, например, из состояния «Полет» в состояние «Посадка». Целью в данном случае является объект небытия – новое состояние объекта. В частном случае новое состояние объекта может быть его конечным состоянием, когда объект перестает существовать. Управление при этом сводится к уничтожению объекта.
Цели можно уточнять, выделяя в них внутренние объекты – подцели. Такое уточнение некоторой цели называется ее декомпозицией.
Различают пространственную и временную декомпозицию цели. В первом случае строится дерево целей (см.рис.). Во втором случае прогнозируется достижение цели и подцели разносятся во времени.
На практике при проектировании систем управления применяются оба подхода. Множество всех целей и подцелей называется также пространством целей.
§ 14. Категория "задача"
После выбора цели осуществляется второй шаг описания осознанной, целенаправленной деятельности человека - постановка задачи управления. Последующее решение задачи представляет собой либо процесс достижения цели, либо саму достигнутую цель.
Задача (управления, практическая) - это объект, который кроме цели в качестве своих внутренних объектов может включать один или несколько следующих:
а) исходный объект - это объект, воздействия на который должны привести к достижению цели (например, предприятие, которое следует автоматизировать, участок земли, который необходимо вскопать и т.п.);
б) критерий эффективности - это правило, которое позволяет сравнивать между собой любые два различных пути решения задачи (см. далее) и выбирать из них наиболее предпочтительный (эффективный, лучший). Если удается доказать, что решение задачи по некоторому пути лучше решения по любому другому пути, то такое решение называется оптимальным по данному критерию. Пример критерия эффективности: "минимум затрат";
в) ограничение (одно или несколько) - дополнительная цель, которая должна быть достигнута при решении задачи. На практике принято формулировать явным образом только те ограничения, которые не являются очевидными - это ограничения по времени (срокам) решения задачи, ограничения по трудовым, энергетическим, финансовым и другим привлекаемым для решения задачи ресурсам, ограничения по охране труда и т.п.;
г) периодичность решения задается в том случае, если задача решается неоднократно. Фактически это означает, что решаемая задача является типовой для задач определенного класса. Примеры задания периодичности решения задач - "ежедневно", "ежеквартально", "по мере поступления ресурсов" и т.п.
Вместе с этой лекцией читают "Единицы измерения производительности".
Таким образом, в общем случае задача представляет собой уточнение цели (если внутренние объекты задачи а-г отсутствуют, то задача совпадает с целью) и формулируется обычно как процесс ее достижения, например: "построение дома" или просто "построить дом". Модель задачи в виде данных называют также условием задачи.
Как и в случае с целью (§ 13) можно производить декомпозицию задачи на подзадачи и отдельные операции (действия), т.е. задачи низшего уровня иерерхии, декомпозировать которые нецелесообразно. В результате проведения декомпозиции задачи и определения очередности решения подзадач на любом уровне иерархии получают последовательность действий, которые необходимо выполнить для решения задачи. Эта последовательность действий называется путем или алгоритмом решения задачи (алгоритмом управления или просто алгоритмом).
Задачи можно также объединять в комплексы и рассматривать комплекс взаимосвязанных задач как систему. Наиболее крупные задачи называются функциями, поэтому результаты декомпозиции таких задач изображают при помощи различных схем функциональной структуры или функциональных моделей.
Связи внутренних объектов задачи с объектами ее внешней среды, в качестве которых чаще всего выступают другие задачи, называются входами (выходами) данной задачи (ср. со входами-выходами системы в § 10). Если входы или выходы задач служат для приема-передачи данных в виде сообщений или документов, то такие входы или выходы называются информационными. На так называемые управляющие входы задач поступают разнообразные воздействия от людей, решающих задачу (среди управляющих входов могут быть информационные и наоборот).
