Файл: Клыков, Ю. И. Ситуационное управление большими системами.pdf

Диспетчер порта (верхний уровень управления) состав­ ляет сменно-суточный план работы погрузочио-разгру- зочных районов порта на основе анализа текущего со­ стояния районов в соответствии с поставленной целью управления портом. Диспетчеры районов (второй уро­ вень управления) составляют сменно-суточные планы отдельных районов в соответствии с планом управления портом и текущим состоянием районов. Для выполнения погрузочно-разгрузочных работ каждый район распола­ гает необходимым контингентом портовых рабочих и перегрузочного транспорта. Районы имеют в своем со­ ставе причалы, на которых осуществляется перевалка грузов. Обработкой судов на причалах руководят стиви­ доры (низший уровень управления), которые распреде­ ляют по судам бригады портовых рабочих и перегрузоч­ ную технику в соответствии с планом работы районов и текущим состоянием причалов и грузоперевалочной тех­ ники. Сменно-суточные планы реализуют заявки на ра­ бочую силу, автотранспорт, вагоны и другие объекты. При этом предусматривается такая последовательность работ, при которой обеспечивается: максимальное сокра­ щение времени простоя судов и железнодорожных ваго­ нов; максимальное использование погрузочно-разгрузоч­ ных механизмов (кранов, специальных автомашин и т. д.); максимальная перевалка грузов по прямому ва­ рианту (судно — железнодорожный вагон, судно — авто­ машина, судно —судно) и др. Содерясательная модель морского порта, которую использует диспетчер, сод^: > жит описание элементов порта (суда, грузы, причалы, перегрузочный транспорт, краны, склады, портовые рабочие^и т. д.) и отношений между ними. При этом различаТотся отношения подчинения по управлению: комму­

ления. На рис. 1-2 приведена трехуровневая структура морского порта, состоящая из трех районов и восьми

16

причалов. Стрелками показано отношение подчинения по управлению между элементами структуры. Коммуника­ ционные отношения характеризуют структурные связи между элементами порта. К связям этого типа относятся водные, шоссейные и железные дороги, по которым осу­

изменение ситуаций, т. е. элементов порта и отношений между ними.

Таким образом, состояние сложной системы опреде­ ляется в общем случае как множество отношений, за­ данное на дискретной совокупности элементов системы. Экспликация понятия ситуации сложной системы через отношение позволяет использовать для описания ситуа­ ций сложных систем язык абстрактной алгебры. А6-' страктно-алгебраяческий уровень описания сложных си­ стем удобно использовать при изучении общих свойств систем и построении абстрактной теории систем. В этом' направлении в настоящее время сделаны только первые шаги [Л. 51—53].

Для описания процесса принятия решений в сложных системах необходимо иЬпользовать__язык," формирующий правила установления конкретных" отношений между эле-

ментами объекта управления в соответствии с заданны­ ми целями управления. В отличие от абстрактно-алге­ браических языков описания структуры и законов функ­ ционирования сложных систем язык принятия решений является не только средством формализации состояний сложной системы и процессов управления системой, но и служит способом формализации процесса формирова­ ния моделей решения задач управления. Создание тако­ го языка, как отмечалось выше, является центральной проблемой теории ситуационного управления сложными системами.

Рассмотрим постановку задачи управления сложной системой. Анализ структуры управления широкого клас­ са систем (гидротехнические комплексы, системы пред­ приятий, транспортные системы, вычислительные систе­ мы и др.) показывает, что на каждом уровне управления между числом допустимых решений R и числом состоя­ ний уровня S имеется отношение |S|;>|i/?|. Например, такая система как четырехсторонний уличный перекре­ сток имеет число возможных состояний порядка 21 0 0 , а число различных решений в самом простейшем случае, равно двум: не менять сигнал светофора и изменить сиг­ нал светофора на противоположный. Для такой системы как аэропорт число типовых решений вида «послать са­ молет А на стоянку В», «на рейс С посадить N пассажи­ ров» и т. д. не превышает 100, а число возможных си­ туаций порядка 21 0 0 0 . Таким образом, задача принятия решений на любом уровне управления сложных систем может быть сформулирована как поиск такого разбие­ ния множества ситуаций на классы, при котором каждо­ му классу соответствует решение, оптимальное с точки зрения критерия функционирования.

Если такое разбиение получено, то управление объ­ ектом на любом уровне выглядит следующим образом. По ситуации s(t), зафиксированной в момент времени t, определяется класс, которому принадлежит s(Q. Затем выбирается команд управления, соответствующая этому классу, по которой ситуация s(i) преобразуется в ситуа­ цию s ( £ + l ) и т. д. Процесс преобразования (экстрапо­ ляции) ситуаций продолжается до тех пор, пока очеред­ ная ситуация либо попадает в заранее фиксированный класс, либо исчерпается заданное число этапов экстра­ поляции. Цепочка команд управления, сформированная на заданном уровне управления определяет последова-

18

тельность решения задач управления на нижележащем уровне.

При ситуационном управлении перебор осуществля­ ется по типовым решениям, число которых даже для сверхсложных систем (вычислительная система страны, межконтинентальные транспортные системы и т. п.) име­ ет порядок 102—'103. Решение задач такой размерности под силу современным ЦВМ.

Ситуационное управление позволяет принципиально-! решить проблему выхода на любой уровень обобщения ситуаций. С практической точки зрения решение этой w проблемы представляет большой интерес, так как в рас-.; поряжении пользователя не всегда имеется необходимая \ ЦВМ. Например, при управлении аэропортом иногда возникают ситуации, когда необходимо принимать реше­ ние в течение нескольких секунд, а ЦВМ, имеющаяся в распоряжении диспетчерской службы аэропорта, не позволяет оперировать с уровнем детального описания команд управления (например, с такими командами, как «самолет А посадить на взлетно-посадочную полосу 5», «самолет С поднять в воздух» и т. п.). В этом случае осуществляется переход на более высокий уровень реше­ ний, например «произвести посадку летательных аппара­ тов, находящихся в зоне А», «поднять в воздух лета­ тельные аппараты 5» и т. д.

Рассмотрим основные требования к языку имитации, на котором базируется ситуационное управление слож­

Язык ситуационного управления базируется на еле-/1 дующих основных принципах: дискретность, псевдофизичность, универсальность, порождаемость, моноплано­ вость, иерархичность, расширяемость, макроструктур-; , ность и динамичность. В соответствии с принципом • дискретности большая система представляется как сово­ купность множеств: ситуаций, управлений (решений), возмущений и др. Согласно этому принципу единицами (знаками), языка имитации являются п-е отношения, отображающие связи между элементами объектов управ­ ления. Принцип псевдофизичности обусловливается кон­ кретным характером связей между объектами сложной • системы. Этот принцип предполагает наличие изомор-

физма между структурой знака и структурой отношений

имеют соответствия с реальными предметами, обозначе­ ниями которых они служат, даже если они согласно не­ которой договоренности и отражают определенные пла­ ны содержания (имеют договорные значения). При псев­ дофизическом характере языка имеет место соответствие между связями знаков внутри языка и связями между теми предметами внешнего мира, которые отображают­ ся в рассматриваемых знаках. Например, ситуация «са­

ношение между ними («двигаться к ... ») . Использование

щие вычислительной машине вырабатывать целесообраз­ ное поведение во внешнем мире.

Язык программирования современных вычислитель­ ных машин не обладает такой.способностью. Различные по своему характеру задачи, решаемые на вычислитель­ ной машине (например, анализ текста литературного произведения, сочинение музыки, доказательство теорем, решение системы уравнений), будучи запрограммирова­ ны и введены в машину, полностью теряют свою специ­ фику и выполняются машиной формально одинаково в соответствии с заложенной в нее жесткой интерпрета-

,ц-ией машинных команд. Процесс создания моделей внешнего мира оказывается вне вычислительной маши­

ны, в нее вводятся лишь результаты этого процесса в ви­ де программ. Единственной возможностью расширения способностей машины к решению задач управления сложными системами является создание внутри нее псев­ дофизической системы.

Принцип универсальности .предполагает использова­ ние в языке имитации отношений и правил их преобразо­ вания, позволяющих строить модели решения задач управления широкого класса больших систем. Этот прин­ цип обусловливается универсальным характером связей между объектами сложных систем.

20