Проектирование и дизайн информационных систем

1.

Проектирование и дизайн
информационных систем

2. Математическое и программное обеспечение

совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ
для реализации целей и задач информационной системы, а также
нормального функционирования комплекса технических средств.
Математическое обеспечение:
• типовые задачи управления;
• методы математического программирования, математической
статистики, теории массового обслуживания и др.
Программное обеспечение:
• общесистемное: комплексы программ, ориентированных на
пользователей и предназначенных для решения типовых задач
обработки информации;
• специальное: программы, разработанные при создании конкретной
ИС;
• техническая документация.
2

3. Организационное и правовое обеспечение

Организационное обеспечение – совокупность
методов и средств, регламентирующих
взаимодействие работников с техническими
средствами и между собой в процессе
разработки и эксплуатации.
Правовое обеспечение – совокупность правовых
норм, определяющих создание, юридический
статус и функционирование ИС,
регламентирующих порядок получения,
преобразования и использования
информации.
3

4.

4

5.

Типовые задачи ИС
5

6. Информационная технология

Технология (techne (греч.)) – искусство, мастерство, умение.
Информационная технология (ИТ, IT) - совокупность средств и
методов сбора, обработки и передачи данных (первичной
информации) для получения информации нового качества о
состоянии объекта, процесса или явления (информационного
продукта).
Инструментарий ИТ - один или несколько взаимосвязанных
программных продуктов для определённого типа компьютера,
технология работы в котором позволяет достичь поставленную
пользователем цель.
Основные компоненты информационных технологий:
• сбор данных или первичной информации;
• обработка данных и получение результатной информации;
• передача результатной информации пользователю для принятия на
её основе решений.
6

7. Информационные системы и информационные технологии

• ИТ – совокупность четко определенных
целенаправленных действий персонала по
переработке информации на компьютере.
• ИС – человеко-компьютерная среда
поддержки принятия решений и производства
информационных продуктов, использующая
компьютерную информационную технологию.
Реализация функций ИС невозможна без
ориентированной на нее ИТ.
ИТ может существовать вне сферы ИС.
7

8. Составляющие ИТ

1. Этапы, где реализуются сравнительно длинные
технологические процессы, состоящие из операций и
действий последующих уровней.
2. Операции, в результате выполнения которых будет
создан конкретный объект в выбранной на 1-м уровне
программной среде.
3. Действия - совокупность стандартных для каждой
программной среды приёмов работы, приводящих к
выполнению поставленной в соответствующей
операции цели. Каждое действие изменяет содержание
экрана.
4. Элементарные операции по управлению мышью и
клавиатурой.
8

9. ИТ централизованной обработки информации

+ возможность обращения пользователя к большим массивам
информации в виде баз данных, к информационной продукции
широкой номенклатуры;
+ сравнительная лёгкость внедрения методологических решений по
развитию и совершенствованию ИТ благодаря централизованному их
принятию;
▬ ограниченная ответственность низшего персонала, который не
способствует оперативному получению информации пользователем,
тем самым препятствуя правильности выработки управленческих
решений;
▬ ограничения возможностей пользователя в процессе получения и
использования информации.
9

10. ИТ децентрализованной обработки информации

+ гибкость структуры, обеспечивающая простор инициативам
пользователя;
+ усиление ответственности низшего звена сотрудников;
+ уменьшение потребности в пользовании центральным компьютером
и соответственно контроля со стороны ВЦ;
+ более полная реализация творческого потенциала пользователя
благодаря использованию средств компьютерной связи;
▬ сложность стандартизации из-за большого числа уникальных
разработок;
▬ психологическое неприятие пользователями рекомендуемых ВЦ
стандартов и готовых программных продуктов;
▬ неравномерность развития уровня ИТ на локальных местах, что в
первую очередь определяется уровнем квалификации конкретного
работника.
10

11. Виды ИТ

• ИТ обработки данных
– обработка данных об операция, производимых фирмой;
– создание периодических контрольных отчётов о состоянии
дел в фирме;
– получение отчётов на всевозможные текущие запросы и
оформление их в виде бумажных документов или отчётов.
• ИТ управления
– оценка планируемого состояния объекта управления;
– оценка отклонений от планируемого состояния;
– выявление причин отклонения;
– анализ возможных решений и действий.
11

12. Виды ИТ

• ИТ автоматизации офиса - организация и поддержка
коммуникационных процессов как внутри организации, так и с
внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных
средств передачи и работы с информацией.
• ИТ поддержки принятия решений
– система поддержки принятия решений в роли вычислительного
звена и объектов управления;
– человек как управляющее звено, задающее входные данные и
оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.
• ИТ экспертных систем
– хранение знаний эксперта в компьютере;
– выдача решения на основе знаний и введенных данных;
– выдача объяснений предложенного решения.
12

13.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Виды и формы системных структур

14.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Структура может быть представлена в графической,
матричной форме, в форме теоретико-множественного
описания, с помощью языка топологии, математических
средств и т. п.
1. Сетевая структура представляет декомпозицию
элементов, представленных во времени.
При сетевом представлении структуры системы принято
использовать такие понятия, как: вершина, ребро, путь,
критический путь.

15.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Сетевые структуры систем отображают порядок
операций, или действий в системе.
Например, с помощью сетевого графика описываются
производственные этапы деятельности, при проектировании
систем отображается ее сетевая модель, при создании плана
производственной деятельности - сетевой план.
Сетевые
модели
могут
быть
представлены
однонаправленными, обратными и циклическими связями
между элементами системы. Такие связи описываются в
виде пути или критического пути между элементами.
При системном анализе сетевых структур используется
математический аппарат теории графов, а также теория
сетевого планирования и управления, которая имеет
прикладной характер.

16.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Иерархическая структура представляет собой
декомпозицию системы в пространстве, устанавливая
уровневые
связи
(отношения)
между
элементами
(подсистемами) в целом образовании.
Элементы или компоненты системы представляются
в виде вершин или узлов, а связи между элементами - в
виде дуги или соединения узлов. Иерархические структуры
принято называть древовидными структурами, типа
«дерево». Чаще всего с помощью таких структур
представляются целеполагания и цели управления
системой.

17.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Многоуровневые иерархические структуры принято
изображать в виде страт, слоев, эшелонов.
Страты - это способ описания сложных структур с
помощью замены их наиболее простыми моделями. При этом
способе каждая страта описывает свой уровень абстракции,
сохраняя особенности входных и выходных параметров.

18.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Представление системы в виде стратов

19.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Слои - это способ описания последовательности решаемых
проблем с целью поиска наилучшего метода их решения. Причем
при решении многослойных проблем предусматривается учет
допустимых ограничений на моделирование нижележащих
объектов, без утери общего замысла решения в следующей
проблеме.

20.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Многослойная структура системы принятия решений

21.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Эшелон - это способ описания иерархической структуры в
виде относительно зависимых, взаимодействующих между собой
подсистем (объектов).
Многоэшелонные структуры описывают относительно
независимые уровни управления. На каждом уровне управления
подсистемы имеют определенную степень свободы выбора
управленческого решения.
Каждый эшелон представляет собой определенный
уровень подсистемы управления. Связь между уровнями
управления представлена в виде координации процесса
принятия решений в каждой подсистеме. Такую структурную
организацию связей между подсистемами управления принято
называть многоцелевой иерархической структурой управления.
Поэтому
многоэшелонные
структуры
часто
называют
многоцелевыми.

22.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Иерархическая структура системы управления, представленная
в виде эшелонов

23.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Матричные структуры представляют взаимоотношения между
уровнями иерархической структуры. Они могут быть описаны в
виде древовидной иерархической структуры связей, двумерной
матрицы со «слабыми» и «сильными» связями и многомерной
матрицы.

24.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Смешанные иерархические структуры с вертикальными и
горизонтальными связями. Примером такой системы может
послужить государственная система управления.
Структуры с произвольными связями используются, как
правило, на начальном этапе исследования системы для
определения важных и необходимых элементов и установления
лишь тех связей и отношений, которые оказывают наибольшее
влияние на принятие управленческих решений.

25.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Система, состоящая из четырех элементов, которая представлена
произвольными связями между ними.
Такое графическое представление системы, как правило,
используется на первом этапе исследования, когда еще не
установлены закономерности связей и отношений между
элементами. Описание систем в виде структуры с
произвольными связями чаще всего используется на уровне
формирования авторской концепции системного исследования
выделяемого объекта из окружающей среды.

26.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Классификация систем

27.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Системы разделяются на классы по различным
признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно
выбрать разные принципы классификации.
Системы
классифицируются
следующим
образом:
по виду отображаемого объекта
технические, биологические, экономические и др.;
по виду научного направления
математические, физические, химические и т. п.;
по
виду
формализованного
аппарата
представления
детерминированные и стохастические;
по типу взаимодействия со средой
открытые и закрытые;

28.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
по сложности структуры и поведения
простые и сложные;
по степени организованности
хорошо организованные, плохо организованные (диффузные),
самоорганизующиеся системы;
по происхождению
искусственные и естественные системы.
Цель любой классификации ограничить выбор подходов к
отображению системы и дать рекомендации по выбору методов.

29.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Детерминированные и стохастические системы
Системы, для которых состояние однозначно
определяется начальными значениями и может быть
предсказано для любого момента времени, называются
детерминированными.
Стохастические системы – это системы, изменения в
которых носят случайный характер.
Например, воздействие на энергосистему различных
пользователей.
Случайные
воздействия
могут
прикладываться к системе из вне, или возникать внутри
некоторых элементов (внутренние шумы).

30.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Открытые и закрытые системы
Открытые системы - способны обмениваться с внешней
средой энергией и информацией. Закрытые (замкнутые)
системы изолированы от внешней среды (с точностью
принятой в модели).
Хорошо и плохо организованные системы
Хорошо организованная система - это система, для которой
возможно
детальное
определение
элементов,
их
взаимосвязь, правила объединения в более крупные
компоненты.
Примеры: солнечная система, описывающая наиболее
существенные закономерности движения планет вокруг
Солнца; описание работы сложного электронного устройства
с помощью системы уравнений.

31.

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Основные понятия теории систем
Хорошо и плохо организованные системы
Плохо организованные системы или «диффузные системы».
Такая система характеризуется набором макропараметров и
закономерностями,
которые
находятся
на
основе
исследования не всего объекта, а на основе определенной с
помощью некоторых правил выборки компонентов,
характеризующих исследуемый объект или процесс.
Подход к отображению объектов в виде диффузных
систем широко применяется:
- при описании систем массового обслуживания;
- при определении численности штатов на
предприятиях и учреждениях;
- при исследовании документальных потоков
информации в системах управления и т.д.

32.

Моделирование систем.
Кибернетический подход к описанию систем
Моделирование систем.
Кибернетический подход к описанию систем

33.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Моделированием - называется замена некоторого
объекта- оригинала объектом-заместителем (моделью) с
целью совершения таких реальных действий с моделью,
которые невозможны, неудобны или нежелательны с
объектом-оригиналом.
При этом как объект-оригинал, так и объектзаместитель могут относиться к реальному миру или миру
абстрактных представлений.
Модель может использоваться для изучения,
наглядного
представления,
экспериментов,
прогнозирования поведения объекта-оригинала.

34.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Сначала
в
сфере
научных
дисциплин
информационного,
кибернетического,
системного
направления, а затем и в других областях науки модель
стала восприниматься как нечто универсальное, хотя и
реализуемое различными способами.
Модель есть способ существования знаний.
Примеры моделей:
- экономическая теория, как модель реальной
экономики;
- система дифференциальных уравнений, как модель
системы материальных тел в силовом поле;
- макет цели при проведении военных учений, как
модель реального противника;
- сетевой график работ как модель реальной работы.

35.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
По типу целей модели можно разделить на:
- познавательные;
- прагматические (т.е. направленные на получение
практического результата).
Познавательные
модели
являются
формой
представления знаний.
Познавательная деятельность
направлена на приближение модели к реальности (модель
подгоняется под реальность).
Прагматические модели – это средство организации
практических действий. Они направляют усилия на
изменение реальности так, чтобы приблизить ее к модели
(подгоняют реальность под модель).

36.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
С точки зрения соответствия между моделью и
действительностью
можно
выделить
следующие
свойства моделей.
Конечность моделей
Любой объект есть часть мира, который бесконечен
не только в пространстве и времени, но и в связях между
объектами. Модель, как продукт человеческого
мышления или деятельности конечна, так как из
необозримого
множества
свойств
объекта-модели
выбираются только те, которые подобны интересующим
нас свойствам объекта-оригинала.

37.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Упрощенность моделей
Вынужденное упрощение модели связано с
невозможностью оперирования сложной моделью.
Для решения задачи необходимо ее упростить. Но
часто оказывается, что упрощение не только допустимо,
но даже желательно.
Из двух моделей, одинаково хорошо описывающих
данное явление, та, которая проще, оказывается ближе к
истинной природе этого явления.
“Если уравнение красивое, то, скорее всего, оно
правильное”. “Простота – печать истины”.

38.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Приближенность моделей
Когда модель используется для определения
количественных характеристик оригинала, степень
отличия этих характеристик у модели и оригинала
интерпретируется как степень приближенности
модели.
Допустимость степени приближения определяется
целями моделирования.
Точность наручных часов достаточна для
бытовых нужд, но недостаточна для фиксации
событий в микромире.

39.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Приближенность моделей
Когда модель используется для определения
количественных характеристик оригинала, степень
отличия этих характеристик у модели и оригинала
интерпретируется как степень приближенности
модели.
Допустимость степени приближения определяется
целями моделирования.
Точность наручных часов достаточна для
бытовых нужд, но недостаточна для фиксации
событий в микромире.

40.

Моделирование систем.
Понятие модели как общенаучной категории
Адекватность моделей
Модель, с помощью которой достигается цель
моделирования, называется адекватной этой цели.
Адекватность модели означает, что требования
точности, полноты и истинности модели выполнены не
вообще, а лишь в той мере, которая достаточна для
достижения цели.

41.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Классификация видов моделирования систем
По степени полноты модели систем бывают:
- полные,
- неполные,
- приближенные.
В зависимости от характера изучаемых
процессов в системе модели систем бывают:
- детерминированные и стохастические;
-статические и динамические;
- дискретные, непрерывные и дискретнонепрерывные.

42.

Классификация видов моделирования систем в зависимости от формы представления объекта приведе
Моделирование
Моделирование системсистем.
Рис. 2.1. Виды
моделирования
систем
Классификация
видов
моделирования
систем
Классификация видов моделирования систем в
зависимости от формы представления объекта приведена
Моделирование систем
Мысленное
СимволиМатематическое
Наглядное
Реальное
Натурное
Физическое
В нереальном масштабе
времени
Комплексные испытания
Производственный
эксперимент
В реальном масштабе
времени
Научный эксперимент
Ситуационное
Структурно-системное
Информационное
Имитационное
Аналитическое
Знаковое
Языковое
Макетирование
Аналоговое
Гипотетическое
ческое

43.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Рассмотрим подробнее некоторые подходы в
моделировании, наиболее востребованные в теории
информационных систем.
Основные формальные модели систем
При всем невообразимом многообразии реальных
систем можно выделить несколько основных формальных
моделей, относящихся к любым системам.
Это модель “черного ящика”, модель состава
системы, модель структуры (связей и отношений элементов
системы) и объединение этих моделей – структурная схема
системы.
При создании модели реальной сложной системы эти
формальные модели являются этапами ее развития и
уточнения.

44.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
В этой модели система условно отображается
как непрозрачный прямоугольник - “черный ящик”.
Этот образ говорит о том, что на данном этапе
моделирования принципиально не ставится вопрос о
внутреннем устройстве системы, а исследуются только ее
взаимодействия со средой.
Эти взаимодействия делятся на воздействия среды
на систему (“входы” системы X) и воздействия системы на
среду (“выходы” системы Y).

45.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Для конкретизации модели необходимо подробно
перечислить все входы и выходы, существенные для
выполнения цели системы, и описать зависимость
выходов от входов – механизм реакции системы на
воздействие среды.

46.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель “черного ящика” часто оказывается
единственно применимой при изучении систем.
Например , при исследовании психики или влияния
лекарств на живой организм нет другой возможности влиять
на систему, иначе, чем через ее входы, и выводы о ней
делаются только в результате наблюдений о выходах.
Другая причина – действительное отсутствие
знаний о внутреннем устройстве системы.
Например, неизвестно, как “устроен” электрон, но
известно, как он взаимодействует с силовыми полями.
Это и есть описание электрона на уровне модели
“черного ящика”.

47.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель “черного ящика” часто оказывается
единственно применимой при изучении систем.
Например , при исследовании психики или влияния
лекарств на живой организм нет другой возможности влиять
на систему, иначе, чем через ее входы, и выводы о ней
делаются только в результате наблюдений о выходах.
Другая причина – действительное отсутствие
знаний о внутреннем устройстве системы.
Например, неизвестно, как “устроен” электрон, но
известно, как он взаимодействует с силовыми полями.
Это и есть описание электрона на уровне модели
“черного ящика”.

48.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Простота этой модели обманчива. Ответ на вопрос
о том, какие входы и выходы следует включать в модель, не
прост и не всегда однозначен. Всякая реальная система
взаимодействует со средой неограниченным числом
способов.
Модель состава системы
При более детальном рассмотрении внутренность
черного ящика оказывается неоднородной.
В результате получается модель состава
системы, показывающая из каких элементов или
подсистем она состоит.

49.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель состава системы
Пример. Отопительная система отопления
жилого дома состоит из подсистем:
- подсистема источников тепла (имеет в качестве
элементов котельную или отвод от центральной
теплотрассы);
-подсистема распределения и доставки тепла
(имеет в качестве элементов трубы, калориферы,
вентили);
-подсистема эксплуатации (имеет в качестве
элементов службы эксплуатации и их персонал).

50.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель состава системы

51.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель структуры (связей и отношений элементов
системы)
Простого перечисления компонентов системы, как
правило, оказывается недостаточно. Важно, в каких
отношениях они находятся, какие связи действуют между
ними.
Совокупность
связей
и
отношений
между
элементами системы, необходимых и достаточных для
достижения цели системы называется структурой
системы.
Структура может быть представлена в виде графа,
вершины которого соответствуют элементам системы или
подсистемам, рассматриваемым как целое, а ребра
соответствуют связям.

52.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель структуры (связей и отношений элементов
системы)
При этом пара вершин может соединяться
несколькими ребрами, соответствующими связям разного
типа. Связи могут быть однонаправленными (например,
связи,
показывающие
подчинение
элементов)
или
двунаправленными
(например,
связи,
показывающие
равноправие элементов).
Примеры структур:
- древовидная структура подчинения подразделений в
модели организации;
- матричная структура атомов в модели вещества с
кубической кристаллической решеткой;
- сетевая структура связей между участками работ в
сетевом графике выполнения работ.

53.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Объединение всех трех вышеописанных моделей
дает модель структурной схемы системы, которая
иногда называется моделью “белого ящика”, “прозрачного
ящика” (в этом подчеркивается ее отличие от модели
“черного ящика ”, состоящее в перенесении акцента на
описание внутреннего устройства системы).

54.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель структурной схемы системы

55.

Моделирование систем.
Классификация видов моделирования систем
Модель “черного ящика”
Модель структурной схемы системы
На практике при построении структурной схемы
системы делается ряд переходов от меньшей степени
подробности, когда подсистемы рассматриваются как
элементы,
к
большей,
когда
эти
подсистемы
рассматриваются как совокупности элементов и подсистем,
и т.д. Этот переход называется декомпозицией системы.
В результате получается набор структурных схем
системы, последовательно уточняющих друг друга.

56.

Моделирование систем.
Кибернетический подход к описанию систем
Кибернетический подход к описанию систем
Кибернетический подход к описанию систем состоит
в том, что всякое целенаправленное взаимодействие
субъекта с системой рассматривается как управление.
При этом система является частью среды и
называется объектом управления.

57.

Моделирование систем.
Кибернетический подход к описанию систем
Кибернетический подход к описанию систем
Этот подход заставляет выделить тройку — среду,
объект и субъект, внутри которой разыгрывается
процесс управления.
Под субъектом – это отдельный человек, или орган
управления (правительство, министерство, руководство
фирмы, или автоматическая подсистема управления
техническим устройством).
В данном случае субъект ощущает на себе
воздействие среды S и объекта Y.

58.

Моделирование систем.
Кибернетический подход к описанию систем
Кибернетический подход к описанию систем
Если воздействие среды субъект изменить не
может, то объектом он может управлять с помощью
специально организованного воздействия U. В
результате объект испытывает на себе воздействие
среды X и действие управления U, что приводит к
изменению выхода Y. Это и есть управление.

59.

Моделирование систем.
Системы управления
Системы управления
Система управления (СУ) — совокупность
взаимодействующих между собой объекта управления и
органа управления, деятельность которых направлена
на достижение заданной цели управления.
В СУ решаются четыре
управления:
- стабилизация,
- выполнение программы,
- слежение,
- оптимизация.
основные
задачи

60.

Моделирование систем.
Системы управления
Системы управления
Задачами стабилизации системы являются
задачи поддержания ее выходных величин вблизи
некоторых неизменных заданных значений, несмотря на
действие помех. Например, стабилизация напряжения и
частоты тока в сети вне зависимости от изменения
потребления энергии.
Задача выполнения программы возникает в
случаях, когда заданные значения управляемых величин
изменяются во времени заранее известным образом.
Например, полет ракеты, или выполнение работ по
заранее намеченному графику.

61.

Моделирование систем.
Системы управления
Системы управления
Когда
управляющее
воздействие
заранее
неизвестно и должно изменяться в зависимости от других
величин, возникает задача слежения, т.е. поддерживания
как можно более точного соответствия между состоянием
данной системы и состоянием другой системы. Например,
управление производством в условиях изменения спроса;
слежение за поражаемой целью при управлении
самолетом.
Оптимизация
требует
наилучшим
образом
выполнить поставленную перед системой задачу при
заданных реальных условиях и ограничениях. Понятие
оптимальности должно быть конкретизировано для
каждого отдельного случая.

62.

Моделирование систем.
Системы управления
Системы управления
Системы управления делятся на два больших
класса:
- системы автоматического управления (САУ)
- автоматизированные системы управления (АСУ).
В САУ управление объектом или системой
осуществляется
без
непосредственного
участия
человека автоматическими устройствами.
Основные функции САУ: автоматический контроль
и
измерения,
автоматическая
сигнализация,
автоматическая защита, автоматические пуск и
остановка
различных
двигателей
и
приводов,
автоматическое поддержание заданных режимов
работы оборудования, автоматическое регулирование.

63.

Моделирование систем.
Системы управления
Системы управления
В АСУ в контур управления включен человек, на
которого возлагаются функции принятия наиболее
важных решений и ответственности за принятые
решения.
Под АСУ обычно понимают человеко-машинные
системы, использующие современные математические
методы, средства электронно-вычислительной техники и
связи, а также новые организационные принципы для
отыскания
наиболее
эффективного
управления
объектом.

64.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Основные этапы создания СУ:
Формирование цепей.
Определение объекта
управления.
Структурный синтез модели.
Идентификация параметров
модели объекта.
Планирование эксперимента.
Синтез управления.
Реализация управления.
Адаптация.
Формирование целей.

65.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Различают три вида целей:
- стабилизация - заключается в требовании
поддерживать выходы объекта на заданном уровне;
- ограничение — требует, чтобы выходы объекта
находились в заданных границах;
- оптимизация — сводится к поддержанию в
экстремальном
состоянии
значений
целевых
функционалов.
При определении целей часто применяется метод
построения
дерева
целей,
при
котором
сформулированная цель детализируется с помощью
разбиения ее на подцели.

66.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Определение объекта управления.
Когда границы объекта очевидны, проблемы
выделения объекта из среды не возникает. Это бывает,
когда объект достаточно автономен (самолет, телефонная
станция и т. д.).
Однако в других случаях связи объекта со средой
сильны и разнообразны, что очень трудно понять, где
кончается объект и начинается среда.
Объект должен быть в определенном смысле
минимальным, т. е. иметь наименьший объем. Кроме
того, должно быть выполнено требование достижимости
целей управления в рамках выделенного для этого
ресурса.

67.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Определение структуры модели (структурный
синтез модели)
На этом этапе строится оператор преобразования
входов в выходы объекта с точностью до значений
некоторого набора параметров.
На языке математического моделирования этот
этап может быть назван построением математической
модели объекта.
На языке систем управления математическая
модель также называется структурой объекта, а этап ее
создании - структурным синтезом модели объекта.

68.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Определение структуры модели (структурный
синтез модели)
Этап структурного синтеза включает:
- определение внешней структуры модели,
- декомпозицию модели,
- определение внутренней структуры модели.
Определение внешней структуры сводится к
содержательному определению входов Х и U, выхода Y без
учета внутренней структуры объекта, т. е. объект
рассматривается как некий “черный ящик” с набором
входов и выходов.

69.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Определение структуры модели (структурный
синтез модели)
Декомпозиция модели заключается в разбиение ее
на подсистемы и для каждой из них по отдельности решать
задачу определения внешней и внутренней структуры.
Определение внутренней структуры системы (или
подсистемы) включает описание ее состава и связей между
элементами, установление физических, механизмов и
нормативных
правил
их
взаимодействия,
получение математических алгоритмов для определения
значений выходов по значениям входов.
Определение внутренней структуры системы – это
создание ее структурной схемы и математической модели.

70.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Определение структуры модели (структурный
синтез модели)
При определении внутренней структуры системы
могут применяться различные подходы:
- классические методы теории автоматического
управления (ТАУ);
- методы имитационного моделирования (методы
случайного поиска, статистических испытаний и др.);
методы
семиотического
моделирования
с
использованием языка бинарных отношений;
другие
методы
современной
математики,
использующие сочетание дополняющих друг друга
формализованных представлений системы.

71.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Реализация управления
Реализация управления – это применение к объекту
оптимального решения, полученного на предыдущем
этапе.
Реализовав управление и убедившись, что цель
управления не достигнута, возвращаются к одному из
предыдущих этапов.
Даже в лучшем случае, когда поставленная цель
достигнута, необходимость обращения к предыдущему
этапу вызывается изменением состояния среды или
сменой цели управления.
Таким образом, обращаются к этапу синтеза
управления, где определяется новое состояние, которое
отражает новую ситуацию, сложившуюся в среде.

72.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Коррекция
Специфика управления сложной системой состоит в
том, что из-за изменений воздействий среды, информация,
полученная на предыдущих этапах, отражает состояние
системы лишь в предыдущие моменты времени. Это и
вызывает необходимость коррекции. Коррекция может
затрагивать различные этапы.
Простейшая коррекция связана с подстройкой
параметров модели, которая называется адаптацией
модели, а управление — адаптивным управлением.

73.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Коррекция
Если управление не обеспечивает необходимого
разнообразия входа объекта для эффективной коррекции
параметров
модели,
то
приходится
принимать
специальные меры планирования эксперимента путем
добавления специальных тестовых сигналов. Такое
управление называют дуальным.
Однако, если изменилась ее структура модели,
необходима коррекция структуры модели, т. е. приведение
ее в соответствие с новой информацией.
Далее коррекция может коснуться самого объекта,
точнее, границы разделения объекта и среды. Это бывает
необходимо при значительном изменении (эволюции)
объекта и окружающей ее среды.

74.

Моделирование систем.
Этапы создания системы управления
Этапы создания системы управления
Коррекция
И, наконец, созданная СУ по ряду причин может не
реализовать все множество целей управления, в
результате необходима адаптация целей.