CC BY
33
us
RESEARCH
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Пророк В.Я., д.т.н. Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, [email protected] Охотников Ю.Ю., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, [email protected]
Ключевые слова:
диагностическая система, информационная автономность, минимальная связность, многокомпонентные технические системы, структуризация задач.
АННОТАЦИЯ
Создание сбалансированной структуры диагностической системы, в которой каждое диагностическое средство решает задачи близкие с точки зрения необходимой для их реализации информации, эквивалентно, при ограничениях на результаты решения задач, требованию минимизации объема дублирующей информации, поступающей на обработку. Тем самым обнаруживается тесная связь между задачами создания рациональной системы информационных потоков и совершенствованием структуры системы диагностики. В некоторых работах предлагается комбинированный метод построения целей: на основе дедуктивного метода строится структура дерева целей, на основе индуктивного метода уточняются перекрестные связи между целями. Исходя из общей методологии проектирования структур систем, структуризация задач долж-на отвечать двум важным критериям: во-первых, структурная группировка задач должна отражать характер их представления во множестве причинно-следственных связей и соответствовать доминирующей форме иерархической организации системы данного класса; во-вторых, будучи распределенными между структурными подсистемами системы диагностики, задачи не должны нарушать целостность ее структуры и должны обеспечивать требуемую степень целенаправленности ее функционирования. Предлагаемая методика решения задач проектирования функциональной структуры системы диагностики позволит автоматически генерировать альтернативные варианты построения структур, на множестве которых с помощью модели расчета базового варианта далее определяется иерархическая система предпочтений выбора оптимальной структуры.
Методика структурной группировки задач диагностики позволит представить множество задач в форме многоуровневой иерархической структуры, выявить все допустимые варианты структурной группировки задач и, в итоге, определить множество допустимых вариантов построения.
Группировка отдельных контролирующих задач с учетом причинно-следственных, временных и пространственных признаков обеспечивается последовательной реализацией алгоритмов выделения сильно связанных задач, их вертикальной и горизонтальной структуризацией. При этом варианты вертикальной структуризации задач отображают множество альтернатив иерархического представления структуры, а варианты их горизонтальной структуризации дают возможность определить альтернативы их структурной группировки на равных (одноименных) уровнях.
AUTOMATED CONTROL SYSTEMS
US
RESEARCH
Введение
Структуризация задач, решаемых системой диагностики, имеет своей целью создание наилучших условий для достижения целей контроля уровня готовности многокомпонентных технических систем к выполнению возложенных на нее функций. Поэтому компактность решения задач в определенном смысле не является требованием максимальной информационной автономности (минимальной связности) задач, решаемых с помощью разнообразных средств контроля: замыкание прямых информационных связей между задачами в группах в данном случае не цель, а следствие, и осуществляется только в той мере в которой это необходимо для выполнения указанного требования и удовлетворения соответствующих ограничений на разработку, создание и поддержание работоспособности диагностического модуля.
Создание сбалансированной структуры диагностической системы, в которой каждое диагностическое средство решает задачи наиболее близкие с точки зрения необходимой для их реализации информации, эквивалентно, при ограничениях на результаты решения задач, требованию минимизации объема дублирующей информации, поступающей на обработку. Тем самым обнаруживается тесная связь между задачами создания рациональной системы информационных потоков и совершенствованием структуры системы диагностики.
В настоящее время нет достаточно разработанной теории, позволяющей осуществить процесс взаимного согласования задач, решаемых какой-либо диагностической системой. Отсутствие такой теории ряд авторов [1-3] объясняют, во-первых, недостаточным эмпирическим опытом классификации различного рода задач и разнесения их по уровням сложности принимаемых решений. Во-вторых, недостаточной проработкой принципов рационального распределения усилий по принятию решений органами управления (проблема централизации и децентрализации). В-третьих, трудностями синтеза иерархии задач и микроуровневой структуры средств решения этих задач ввиду отсутствия однозначного соответствия между этими двумя типами иерархий.
Иерархия задач (целей) при проведении диагностики может строиться как снизу вверх (то есть индуктивным методом), так и сверху вниз путем конкретизации задач вышестоящего уровня (т.е. методом дедукции).
В некоторых работах предлагается комбинированный метод построения целей: на основе дедуктивного метода строится структура дерева целей, на основе индуктивного метода уточняются перекрестные связи между целями. Исходя из общей методологии проектирования структур систем, структуризация задач долж-на отвечать двум критериям: во-первых, структурная группировка задач должна отражать характер их представления во множестве причинно-следственных связей и соответствовать доминирующей форме иерархической организации системы данного класса; во-вторых, будучи распределенными между структурными подсистемами системы диагностики, задачи не должны нарушать целостность ее структуры и должны обеспечивать требуемую степень целенаправленности ее функционирования.
В отношении первого критерия можно указать, что в соответствии с анализом различных форм организации систем диагностики, могут быть выделены две основные формы органи-
зации: централистическая, соответствующая иерархической структуре системы, и скелетная или ацентрическая. В современных системах обе формы организации находятся в тесной взаимосвязи, что необходимо для их нормального функционирования. В целом, исходя из общих принципов функционирования, доминирующей оказывается централистическая форма организации.
Таким образом, процедуры, реализующие первый критерий структуризации задач, должны обеспечивать также их разбиение, которое позволило бы представить их в форме иерархической многоуровневой структуры. Отражая характер связей между группами задач, такая структура может рассматриваться как иерархическая структура потенциальных сфер использования отдельных подсистем системы диагностики разных уровней иерархии.
В отношении второго критерия можно указать, что в рамках этих процедур структуризации осуществляется группировка задач не по вертикальным, а по горизонтальным связям. Полученные таким образом группировки задач будут определять потенциальные сферы применения подсистем, находящихся на одном уровне иерархии.
Так как в ходе синтеза структуры системы диагностирования необходим просмотр большого количества вариантов их организации, отличающихся как глубиной иерархии, так и количественными составами структурных подсистем на каждом уровне, то необходим механизм, позволяющий целенаправленно изменять структурную сложность взаимных связей задач, и на основе синтезируемых таким образом вариантов их структур осуществлять их вертикальную и горизонтальную структуризацию.
Суть работы этого механизма сводится к следующему:
а) На множестве задач X рассчитывается некоторая структурная функция Л(х„ Х|), определяющая меру их взаимной близости. Функция определена на интервале от 0 до 1.
б) Выбирается шаг варьирования параметров структуризации задач ЛК Он определяет дискретность выбора структурных параметров задач, а следовательно, и вариантов организации структуры диагностической системы.
в) Вводится понятие "шаг структуризации"- 2, (2=1,2,3...).
г) На множестве значений функции Я(х,, х^ i, ] = 1, Ь) формируется дискретная функция Лг(х1, хД Ь = |х| - число типов задач управления,
R-
{Шх\, х;) если К7(х\, х;) > 2 0 - в противном случае
AR, Z = 0,]1/AR[
][ - означает операцию округления до меньшего целого и корректируется граф GZ (X, Т2) взаимных связей задач, где дуги графа, определяющие направленные связи задач, равны:
Y„
¡У (х\, х;) если (х\, х;) > 1
(*!, хр = ] 0 1 У ^ У
-1 [ 0 - в противном случае
,x;) > 1 - ZAR;
д) К полученному графу GZ (X, У^) применяются алгоритмы вертикальной, а затем горизонтальной структуризации.
При Z = ]1/ЛК[ структурная функция множества X содержит только те связи между задачами, которые определяют их жесткую координацию (т.е. Л(х1, х^ =1) по выходу, входу, времени или по оператору преобразования. При Z=0 Л2(хь х^-Я^, х^, то есть в структурной функции сохраняется полная
ш
RESEARCH
информация о взаимных связях задач управления. В результате, если при 2тах = ]1/АЛ![ структура связей задач минимальна, а следовательно, минимальны и их возможные структурные преобразования, по вертикали и горизонтали, то при Zmin=0 множество этих связей максимально, а следовательно, максимальны и возможные структурные параметры агрегированной модели взаимных связей задач.
При изменении параметра 2 будет меняться и структура графа GZ (X, У2) взаимных связей задач на 2-м шаге структуризации. Изменяя 2 от до 2тах , представляется возможным на основе такой процедуры генерировать все допустимые для данного множества задач варианты их структуризации, а следовательно, и представить последовательно все допустимые варианты организации структуры.
Итак, математическая модель, предстает в виде множества векторов, на котором определена функция, задающая двумерные связи. На упорядоченном таким образом множестве векторов для каждого варианта определения дискретной функции связи Х|) последовательно решаются задачи
вертикальной и горизонтальной структуризации. В результате решения этих задач определяются варианты вертикальной (иерархической) и горизонтальной структуризации диагностических систем. Вместе с тем, как это было указано выше, процедурам вертикальной и горизонтальной структуризации предшествует процедура выявления сильно связанных задач (процедура декомпозиции графа взаимных связей задач).
Заключение
Таким образом, реализация процедур генерирования различных вариантов группировки задач предполагает решение следующих вопросов:
- выбор соответствующей методики оценки расстояний между отдельными задачами множества X;
- выбор соответствующей методики вертикальной (иерархической) структуризации задач;
- выбор методики горизонтальной структуризации задач.
Предлагаемая методика решения задач проектирования
функциональной структуры системы диагностирования позволит автоматически генерировать альтернативные варианты
построения структур, на множестве которых с помощью модели расчета базового варианта далее определяется иерархическая система предпочтений выбора оптимальной структуры.
Методика структурной группировки задач диагностирования позволит представить множество задач в форме многоуровневой иерархической структуры, выявить все допустимые варианты структурной группировки задач и, в итоге, определить множество допустимых вариантов построения.
Группировка отдельных контролирующих задач с учетом причинно-следственных, временных и пространственных признаков обеспечивается последовательной реализацией алгоритмов выделения сильно связанных задач, их вертикальной и горизонтальной структуризацией. При этом варианты вертикальной структуризации задач отображают множество альтернатив иерархического представления структуры, а варианты их горизонтальной структуризации дают возможность определить альтернативы их структурной группировки на равных (одноименных) уровнях.
Математическая модель, соответствующая этапу построения сфер взаимного влияния задач, представляется множеством векторов, на котором определена дискретная функция связи задач и позволит регулировать степень декомпозиции целей и задач на подзадачи.
Литература
1. Багрецов С.А., В.Н. Везиров., В.М.Львов. Технология синтеза организационных структур сложных систем управления.-М.: ГУП Эргоцентр,1998.
2. Кирилкин В.С. Диагностирование технических систем: Учебное пособие. -СПб.: 1989. - С. 183-216.
3. Меньшов А.И., Рыльский Г.И. Человек в системе управления летательными аппаратами.- М.: Машиностроение, 1976.-189с.
4. Ронжин О.В. Некоторые аспекты информационной теории процессов управления в системах человек-машина: Тр. 4-го Всесоюз. совещания по автоматическому управлению // Автоматы, гибридные и управляющие машины.-М.:Наука,1972.
5. Яковлев А.И. Игровой подход к распределению функций в системе человек-машина // Техническая кибернетика. 1976. №3. с.35-40.
[US
RESEARCH
PROBLEMS IN RESTRUCTURING DIAGNOSTICS OF TECHNICAL CONDITION MULTICOMPONENT TECHNICAL SYSTEMS
Prorok V., Doc.Tech.Sci., Military Space Academy, [email protected]
Okhotnikov Y., Military Space Academy, [email protected].
Abstract
Creation of the balanced structure of diagnostic system in which each diagnostic means solves problems close from the point of view of information necessary for their realization, is equivalent, at restrictions on results of the solution of tasks, to the requirement of minimization of volume of the duplicating information arriving on processing. Thereby close connection between problems of creation of rational system of information streams and improvement of structure of system of diagnostics is found. In some works the combined method of creation of the purposes is offered: on the basis of a deductive method the structure of a tree of the purposes is under construction, on the basis of an inductive method cross communications between the purposes are specified. Proceeding from the general methodology of design of structures of systems, structurization of tasks gonx-Ha to answer two important criteria: first, the structural group of tasks should reflect nature of their representation in a set of relationships of cause and effect and correspond to a dominating form of the hierarchical organization of system of this class; secondly, being distributed between structural subsystems of system of diagnostics, tasks should not break integrity of its structure and should provide demanded degree of focus of its functioning. The offered technique of the solution of problems of design of functional structure of system of diagnostics will allow to generate automatically alternative options of creation of
structures on which set by means of model of calculation of base option the hierarchical system of preferences of a choice of optimum structure further is defined. The technique of structural group of problems of diagnostics will allow to present a set of tasks in the form of multilevel hierarchical structure, to reveal all admissible options of structural group of tasks and, as a result, to define a set of admissible options of construction. The group of separate supervising tasks taking into account cause and effect, temporary and spatial signs is provided with consecutive realization of algorithms of allocation of strongly connected tasks, their vertical and horizontal structurization. Thus options of vertical structurization of tasks display a set of alternatives of hierarchical representation of structure, and options of their horizontal structurization give the chance to define alternatives of their structural group as equals the levels (with the same name).
Keywords: diagnostic system, information autonomy, minimum connectivity, multicomponent technical systems, structurization of tasks.
References
1. Bagretcov S, Vezirov V, Lvov V, 1998, Synthesis technology organizational structures of complex systems upra-vleniya, Moscow, Ergotsentr, pp. 24-43.
2. Kirilkin V , 1989, Diagnosis of technical systems, St. Petersburg, pp. 183-216.
3. Menchov A, Rilski G, People in the control system aircraft, 1976, Mashinostroyeniye, Moscow, pp. 158-178.
4. Ronzhin O, 1972, Some aspects of the theory of information management processes in man-machine systems, Proc. 4th Proc. Workshop on Automatic Control, Machines, hybrid and control mashiny, Nauka, Moscow, pp. 88-96.
5. Yakovlev A , 1976, Game approach to the allocation of functions in the system man-machine, St. Petersburg, Technical Cybernetics, pp.35-40.
