Миронов С.В., Пищухин А.М. Метасистемный подход в управлении

141

обработки, расход химикатов, скорость обработки, длина рабочего гона, дли-

на перелета, агротехнические сроки (периоды), объем АХР.

10.1.2 Принципиальные отличия системы от метасистемы

Согласно /119/ определение системы включает понятия структуры,

функции, элемента (подсистемы), процесса, связи, управления и поведения.

В соответствии с системологией Дж. Клира /1/ существует два способа

интегрирования систем: создание структурированной системы или метаси-

стемы. 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.

Покажем правомерность метасистемного подхода к авиационному спе-

циализированному комплексу.

Подсистемы АСК функционируют, как правило, в режиме разделения

времени и осуществляют необходимые связи в соответствии с парамет-

рами технологии проводимых АХР, находясь в различной степени готовно-

сти. В процессе реализации конкретной технологии задействованы элементы

той или иной подсистемы, 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 тех-

нологий, каждая из которых независима и самодостаточна. При этом техно-

логии могут перекрываться в меру того, насколько при ее выполнении задей-

ствованы подсистемы или отдельные элементы АСК.

2 Степень включения подсистем АСК обусловлена, главным образом,

спецификой АХР - сезонностью их выполнения, например:

- весеннее - летний период (борьба с насекомыми - вредителями, сорня-

ками);

- осенне - зимний период (экологический мониторинг, съемка, оценка

эффективности мер снегозадержания).

3 Различная степень готовности подсистем АСК, отдельных элементов

подсистем к реализации той или иной технологии (несоответствия: запасов

го-рюче - смазочных материалов и химикатов; подготовки кадров).

4 В силу разнородности задач набор технологий, реализуемых АСК, не-

стабилен и в зависимости от складывающейся ситуации может быть сокра-

щен или дополнен. В процессе совершенствования технологий менее эффек-

тивные могут быть заменены более эффективными. Модернизация техниче-

ских средств позволяет реализовать некоторые технологии за счет перекры-

тия их другими.

142

Особое внимание следует уделить подсистеме управления, свойства ко-

торой носят неявный, но всеобъемлющий характер, поскольку она координи-

рует включение тех или иных подсистем, их элементов, параметры которых

находятся в определенной зависимости. Вследствие этого появляется необ-

ходимость согласования зависимых параметров, то есть требуется более вы-

сокий уровень управления, а сама система управления становится иерархиче-

ской.

По совокупности приведенных положений можно сделать вывод о пра-

вомерности метасистемного подхода к АСК. Поэтому далее будем рассмат-

ривать АСК с позиций метасистемности.

Рассмотрим особенности задач метасистемного подхода применительно

к АСК.

10.2 Выявление диапазонов эффективности технологий проведения

авиационно-химических работ

Под диапазоном эффективности понимается ограниченный объем в про-

странстве параметров технологии, в котором ее применение в наибольшей

степени эффективно. Задача выявления диапазонов эффективности согласу-

ется с параметрической моделью, предложенной профессором Н.З. Султано-

вым в /118/. Процесс функционирования АСК моделируется с учетом веро-

ятности выполнения СЛА своего назначения, для чего необходимо определе-

ние эффективности СЛА по ряду показателей: вероятность выполнения ос-

новных стадий функционирования (целевая надежность), целевая производи-

тельность, техническая надежность и топливная эффективность.

Целью и основным элементом функционирования ЛА любого назначе-

ния является полет (событие). Вероятность выполнения своего назначения

(величина целевой надежности) определяется надежностью операций, соот-

ветствующих основным стадиям функционирования, т.е. комплексный пока-

затель целевой надежности,

R

записывается в следующем виде

R

=

исijk

P ·

прijk

P ·

бпijk

P ·

нсij

P ·

экij

P (10.1)

где

исijk

P - коэффициент исправности парка однотипных СЛА, вероят-

ность того, что в момент поступления заявки на полет

j-ый вариант СЛА

находится в исправном состоянии и может выполнить

i-ый вид АХР с k-

го наземного комплекса (НКМ);

прijk

P - коэффициент использования СЛА в производственных полетах,

вероятность того, что исправный СЛА

j-го варианта (типа) не будет простаи-

вать и своевременно будет подана заявка на

i-ый вид АХР с k-го НКМ;

бпijk

P - коэффициент благополучия полета, т.е. вероятность того, что

исправный СЛА

j-го варианта, своевременно подготовленный к полету и

имеющий заявку, будет безотказно функционировать в полете и выполнит

i-

ый вид АХР с

k-го НКМ;

нсij

P - коэффициент надежности системы при условии успешного про-

хождения трех предыдущих стадий (СЛА

j-го варианта или типа исправен,

143

имеет заявку на производство i-го вида АХР и безотказно технически про-

водит работу), т.е. вероятность отсутствия непредвиденных обстоятельств

(например: резкое изменение метеоусловий);

экij

P - коэффициент экологической надежности j-го вида СЛА на i-ом

виде АХР.

Для снижения размерности и упрощения графической интерпретации из

общего числа параметров, определяющих по п.10.1.1 понятие технологии

выберем: расход химикатов

хм

q , длину рабочего гона

Г

l , длину перелета

пер

L .

На этих параметрах строим графическую интерпретацию зависимо-

стей

R

= (

хм

q ,

Г

l ,

пер

L ), (10.2)

позволяющих обозначить области предпочтительного применения (ОПП) для

различных типов (варианторазмеров) СЛА.

Области предпочтительного применения в системе координат

хм

q ,

Г

l

(при всех прочих сопоставимых условиях) для разных методов АХР: 00-03

рассев, 00-04 разбрасывание показаны на рисунках 10.1, 10.2.

L

г

, м

Q=300000 га

L

пер

= 16 км

1000

Индекс 00-03

СХС Рассев

800

6

00

СХВ

4

00

НС

0

20 40 60 80 100 120 140 q

хм,

кг/га

Рисунок 10.1 - Области предпочтительного применения сельскохозяйст-

венных летательных аппаратов на авиационно-химических работах по индек-

су 00-03

Анализ графиков, приведенных на рисунках 10.1, 10.2 показывает, что

вертолеты сельскохозяйственной модификации имеют области предпочти-

тельного применения в диапазонах норм расхода химикатов

хм

q (от 3 до 125

кг/га) и длины рабочих гонов над полем

Г

l (от 150 до 1300 м). ОПП вер-

толетов сельскохозяйственной модификации по форме напоминает “кокон”

под ОПП сельскохозяйственных самолетов. Все остальные области занимают

ОПП малоразмерных летательных аппаратов (МЛА) и наземных средств.

ОПП определяют точные границы применения сельскохозяйственных

летательных аппаратов на АХР. Вместе с тем по результатам теоретических

144

L

г

, м

Q=300000 га

СХС L

пер

=16 км

1200 Индекс

00-04

Разбрасывание

1000

СХВ

800

600

МЛА

400

НС

200

20 40 60 80 100 120 140 q

хм,

кг/га

Рисунок 10.2 - Области предпочтительного применения сельскохозяйствен-

ных летательных аппаратов на АХР по индексу 00-04

исследований и на основе обработки статистического материала профессо-

ром Н.З. Султановым в /118/ выявлены области, вложенные в ОПП и назы-

ваемые зонами рационального применения, определяющие использование в

той или иной технологии конкретных типов (варианторазмеров) СЛА.

Исследование влияния технологий проведения АХР на ОПП показало:

- изменение метода внесения химикатов приводит к “свертыванию” и

удлинению области предпочтительного применения вертолетов;

- увеличение объемов АХР приводит к асимптотичному повороту облас-

ти предпочтительного применения;

- появляются новые области предпочтительного применения при АХР с

индексом 00-04 для малоразмерных летательных аппаратов с гибким крылом

(мотодельтапланов).

Анализ ОПП в процессе выбора и подготовки технологии позволяет,

исходя из заданных параметров

г

l и

хм

q , однозначно определить тип (ва-

рианторазмер) СЛА, включенного в технологию проведения АХР.

Однако, при обследовании места проведения планируемых летных опе-

раций, проводимых представителем летного отряда, закономерно выявление

фактора, вносящего серьезные коррективы в определение типа (вариантораз-

мера) СЛА, привлекаемого к реализации конкретной технологии. Наличие

этого фактора обусловлено сложностью конфигурации отдельных обрабаты-

ваемых участков, что накладывает значительные ограничения на параметры

технологий проведения АХР по целевой и экологической надежности.

145

Следует отметить, что сложность конфигурации отдельных участков

при определении типа (варианторазмера) СЛА, привлекаемого для проведе-

ния АХР, не учитываются ни параметрической моделью, ни моделью прове-

дения летной операции. Из этого можно сделать вывод о необходимости раз-

работки аналитического или методологического аппарата для вычленения из

общего количества участков, запланированных для обработки, участков со

сложной конфигурацией, или «спорных» участков. В конечном счете, это по-

зволяет обосновать определение типа (варианторазмера) привлекаемого

СЛА.

10.3 Обеспечение сочетаемости элементов АСК

Проблема сочетаемости элементов АСК возникает исходя из сложности

конфигурации обрабатываемых участков, затрагивающей экономические и

экологические аспекты проведения АХР. Исходя из этого естественно пред-

положение о том, что в некоторых случаях обработку «спорных» участков

целесообразно проводить путем сочетания различных технологий, обуслов-

ливающих использование различных СЛА (например, СХВ и СХС, либо СХВ

и МДП).

При функционировании метасистемы на первый план выходит проблема

согласования включенных в нее систем. Важность этой проблемы обсуждена

в работе /5/ и на ее решение направлена вторая задача метасистемного под-

хода.

При этом поиск статически согласованных систем осуществляется путем

учета взаимных перекрытий частей различных систем, а согласованность в

динамике выявляется с помощью оценки увеличения общего эффекта от

взаимодействия систем.

Сочетаемость систем в динамике можно пояснить рассмотрением одно-

временного функционирования двух систем. Пусть предпочтительные значе-

ния технологических параметров задают рабочие точки как показано на

рисунке 10.3, где изображены графики зависимостей потерь систем от объе-

мов, направляемых на них управляющих общесистемных ресурсов.

Крутизна графиков а и б, приведенных на рисунке 10.3, отражает эффек-

тивность затрат, вложенных в управление конкретной подсистемой. В дан-

ном случае управляющие воздействия представляют управляющие общесис-

темные ресурсы. Наиболее целесообразно приложение управляющих воз-

действий к подсистеме, позволяющей получить наилучшие значения техно-

логических параметров. Таким образом, показана возможность переноса

управляющих ресурсов с одной системы на другую с уменьшением общих

метасистемных потерь.

По совокупности очевидных свойств, в соответствии с признаками, при-

веденными в /115/, а также спецификой выполняемых работ, АСК характери-

зуется иерархичностью и мультиструктурностью. В мультиструктурных сис-

темах отдельные структуры включаются последовательно или параллельно.

146

а) б)

Рисунок 10.3 - Графическая иллюстрация сочетаемости подсистем.

При параллельном включении структур последние должны обладать

максимальной автономностью. Здесь объединяющим фактором общесистем-

ных ресурсов являются управляющие воздействия, сформированные коорди-

нирующей подсистемой - подсистемой управления. Элементы, используемые

в метасистемах совместно, фактически являются общими ресурсами парал-

лельно работающих структур. При этом поиск статически согласованных

систем осуществляется путем учета взаимных перекрытий частей различных

систем, а согласованность в динамике выявляется с помощью оценки увели-

чения общего эффекта от совместного взаимодействия систем.

10.4 Стратегия выбора технологии проведения АХР

Имея диапазоны эффективности в многомерном пространстве и изоб-

ражающую точку, построенную на основе реального состояния систем, мож-

но, согласно /120/, прогнозировать последовательность и моменты переклю-

чения функционирующих систем на основе движений этой точки, что пока-

зано на рисунке 10.4.

Наличие неопределенности предполагает разработку комплекса мер по

ее устранению или максимально возможной компенсации. Поскольку реше-

ние задач АХР носит сезонный характер и порядок их выполнения укладыва-

З1

П2

З2∆З1 ∆З2

∆П2

∆П1

П1

147

ется во временной ряд, целесообразно стратегию выбора описывать с пози-

ции методов прогнозирования.

L

г

, м

q

хм,

кг/га

Т

Рисунок 10.4 - Графическая иллюстрация стратегии выбора техно-

логии проведения авиационно – химических работ

10.4.1 Разработка концепции прогнозирования параметров технологии

проведения АХР

Анализ работ В.И. Автономова /121/, И.П. Стабина, В.С. Моисеевой

/122/ позволяет сделать вывод о том, что технология проведения АХР, мак-

симально отвечающая цели функционирования, представляет собой иде-

альное конструкторское решение на базе существующей (опорной) АСК.

Процесс принятия решения по выбору оптимального варианта АСК пред-

ставлен на рисунке 10.5.

Из блок-схемы, приведенной на рисунке 10.6 видно, что на основе выяв-

ления противоречий между идеальным конечным результатом (ИКР) и су-

ществующим вариантом из множества альтернатив формируется АСК, по

параметрам максимально приближенная к ИКР.

148

Непосредственное применение летательного аппарата как составной

части АСК, включающей совокупность подсистем, обеспечивающих дан-

ное применение, происходит в условиях операции, отражающей взаимодей-

ствие всех средств, участвующих в обеспечении и решении поставленной

задачи /123/.

Математическая модель, разрабатываемая на основе схемы операции,

содержит описание процессов, протекающих в операции

МОД (W ) | = <Act, Kon (Act ) , { U }>, (10.3)

где

W - показатели эффективности;

| = - знак оператора модельного отображения;

Act - совокупность действий, отражающих функционирование ЛА;

Kon - совокупность противодействий;

Рисунок 10.5 - Блок - схема алгоритма развития технической системы

{U} - условия операции.

В математической модели операции для описания элементов вводятся

два вида параметров: идеальные и тактические.

Прогнозируемые параметры {

π

} = {

π

1

,

π

2

,…,

π

i

,}- совокупность техни-

ческих характеристик, описывающих разрабатываемый элемент системы.

Тактические параметры {

τ

}= {

τ

1

,

τ

2

,…,

τ

s

} - совокупность характерис-

тик, определяющих показатель эффективности. Тактические параметры пред-

ставим функционально зависимыми от идеальных параметров и неноми-

нальных значений параметров условий операции

τ

s

= f

s

[ {

π

}, {U

0

} ] , , ,

τ

ns 1= (10.4)

На основе математической модели операции устанавливаем зависимость

показателя эффективности системы в виде

W = W ({

τ

}, {

β

}, {U}), (10.5)

Анализ

альтернатив

ВЫБОР

РЕШЕНИЕ

2

3 ИКР

Блок

формирования крите-

риев

Блок

сравнения

Вариант

авиационного специали-

зированного комплекса

Генерация

альтернатив

149

где {

β

} = {

β

1

,

β

j

, …,

β

m

} – совокупность параметров противодействия;

{U}= {u

1

,u

σ

, ..., u

iu

} - совокупность параметров условий операции.

Отсюда задача выбора рационального варианта

а

*

АСК математически

формулируется следующим образом

W ( {

τ

}

*

, {

β

}, { U } ) → max, {

τ

}

*

= a

*

= {

τ

*

1

,

τ

*

2

,…,

n

τ

}, (10.6)

В формулировке задачи указывается на выбор рационального варианта,

поскольку в условиях неопределенности

{

β

} и {U} выбрать однозначно оп-

тимальный вариант невозможно.

На основе математического описания процессов, протекающих в опе-

рации и алгоритма синтеза оптимального варианта АСК, максимально

приближенного к ИКР, процесс выбора рационального варианта опишем в

виде блок - схемы, приведенной на рисунке 10.6.

Из модуля 4 на рисунке 10.6. видно, что на задачу выбора рационально-

го варианта АСК решающее влияние оказывают факторы

{

β

} и {U}, обуслов-

ленные неопределенностью и существенно снижающие достоверность про-

гноза относительно прогнозируемых параметров

{

π

1

,

π

2

, ...,

π

i}

opt

.

Анализируя задачи выбора рационального варианта АСК, необходи-

мо дать оценку их сложности и возможности формализации.

Задача формирования критерия может быть решена либо путем про-

граммной реализации известных математических методов, либо через разра-

ботанные самостоятельно процедуры на основе предлагаемых методик. Бо-

лее простым видится первый путь, однако, формирование критерия характе-

ризуется наличием неопределенности, обусловленной накладываемыми ог-

раничениями, что видно из модуля 5 на рисунке 10.6. Вследствие этого целе-

сообразным следует признать разработку адаптированного аппарата, позво-

ляющего компенсировать или в значительной степени снизить неопределен-

ность при формировании критериев.

Задача анализа вариантов АСК по выбранному (сформированному) кри-

терию эффективности является трудно формализуемой, характеризуется

значительной трудоемкостью вследствие большого количества анализируе-

мых вариантов и неопределенности анализируемой информации от модулей

4, 5, 6 на рисунке 10.6. Как правило, задача анализа вариантов решается пу-

тем привлечения математических методов, что не дает желаемого резуль-

тата и приводит к необходимости формирования нового методологиче-

ского подхода.

По результатам проведенного анализа можно обобщить вышеизложен-

ное в виде блок-схемы, изображенной на рисунке 10.6. Из блок-схемы видно,

что процесс выбора рационального варианта АСК обусловлен тремя видами

неопределенности:

150

1 Неопределенность баланса критериальной оценки, обусловленная ог-

раничениями на область допустимых значений проектных параметров и не-

однозначностью соотношений частных критериев.

2 Неопределенность границ описания ПО обусловлена, во-первых: ее

избыточной сложностью; во-вторых: ограничениями на область допустимых

значений идеальных параметров.

3 Неопределенность исходных данных, обусловленная их неполно-

той, связанной, зачастую, с несвоевременностью получения данных, либо с

несвоевременностью их предварительной обработки для последующей их за-

грузки в базу данных или в базу знаний.

Как отмечает В.С. Брусов в /60/, операторы, отражающие свойства объ-

екта недостаточно формализованы и осуществляют лишь приближенное

моделирование объекта. Это создает дополнительную неопределенность,

обусловленную неточностью описания объекта. Очевидно, что на результа-

ты анализа вариантов АСК будут оказывать влияние все перечисленные

виды неопределенности. В связи с этим предлагается сформулированные

выше трудно формализуемые задачи, обусловленные неопределенностью,

Рисунок 10.6 - Процесс выбора рационального варианта АСК. АСК -

авиационный специализированный комплекс

решать методами инженерии знаний, априорно ориентированными на ре-

шение задач данного класса.

Предлагается параметры АСК в силу их неопределенности целесообраз-

но представлять в виде прогнозируемых величин. Таким образом, рацио-

нальный вариант АСК может быть описан совокупностью прогнозируемых

5

6

7

Рациональный вариант проект -

ного решения СЛА

a

ort

=

{

π

1

,

π

2

,

…

,

π

i

}

ort

9

Выбор вари-

анта СЛА

8

Выбор критерия

W({

π

},{

β

},{U}) →

max

Анализ вари-

антов СЛА по

критерию max-

ной эффектив-

ности

W ( a

var

, ,

β

,U)

Ограничения на область допустимых

значений проектных параметров

Ф

(

π

1

,

π

2

,

…

,

π

i

)

< Ф

0

Блок

сравнения

3

Генерация альтерна-

тив A = {a

1,

a

2,

...,a }

4

Опорный вариант

ор ор ор

{

τ

}

=

{

τ

1

,

τ

2

,

…

}

2

1 Идеальный СЛА

id id id

{τ} = {τ

1

, τ

2

, …}

ПРОТИ-

ВОРЕЧИЯ

Миронов С.В., Пищухин А.М. Метасистемный подход в управлении

Подождите немного. Документ загружается.