Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Управление и его концептуальный анализ 11
1.1. Общее состояние управления и его автоматизации II
1.2. Определение и классификация систем управления 21
1.3. Предпосылки оинтеза моделей управления вычислительным центром 36
Глава II . Логическая архитектура управления вычислительным центром 47
2.1. Управляемость вычислительного центра 47
2.2. Синтез моделей целей и задач АСУ ВЦ 53
2.3. Основы синтеза критериев эффективности вычислительного центра как сложной системы управления 61
2.4. Архитектура сиотемы организационного управления ВЦ 68
Глава III. Моделирование оистемы управления вычислительным центром 99
3.1. Стратегия моделирования 99
3.2. Формализация предметной области моделирования 100
3.3. Моделирование процессов, процессоров и программ 109
3.4. Моделирование пользователя как "процесса" 115
Заключение 126
Список литературы
- Определение и классификация систем управления
- Предпосылки оинтеза моделей управления вычислительным центром
- Основы синтеза критериев эффективности вычислительного центра как сложной системы управления
- Формализация предметной области моделирования
Введение к работе
Современная эпоха характеризуется возрастающим влиянием науки и техники на все сферы бытия человека, на его образ жизни и стиль мышления, на формирование представлений о мире и возможностях преобразования этого мира. Существенным здесь является изучение сложных оиотем различной природы, в том числе включающих человеческий фактор, предполагающее поиск теоретических оредств, понятий, методов, принципов и т.д.; создание технической базы для исследования таких систем и автоматизированного управления ими на базе оредств вычислительной техники и связи.
Коммунистическая партия Советского Союза придает большое значение совершенствованию управления экономикой в целях максимального использования преимуществ общества развитого социализма. Повышение эффективности и качества управления входит в число основных задач, поставленных ХХУ и ХХУІ съездами КПСС, партийными оъездами стран - членов СЭВ.
Необходимо "активнее распространять рациональные приемы работы, совершенствовать делопроизводство, полнее использовать вычислительную и другую организационную технику. Обеспечить дальнейшее развитие и повышение эффективности оети автоматизированных оистем управления и вычислительных центров коллективного пользования ..." \
Задача претворения в жизнь указаний партии и правительства
0 совершенствовании управления связана с развитием сети вычис
лительных центров, призванных непосредственно удовлетворять
различные объекты в информации, необходимой для осуществления
1 Материалы ХШ оъезда КПСС. -М.: Политиздат, 1981, с. 201.
процесса управления. От качества функционирования вычислительных центров зависит эффективность оистемы информационно-вычислительного обслуживания и, в конечном итоге, эффективность си-отемы управления в целом.
Качественный уровень работы вычислительного центра, являющегося сложной организационно-экономической системой, во многом зависит от степени автоматизации управления им. Создание эффективных систем автоматизации управления ВЦ связано прежде всего с разработкой адекватной модели объекта управления. В настоящее время отсутствет единый теоретико-методологический подход к созданию таких моделей, что делает актуальным разработку специального алгоритмического подхода к моделированию системы управления ВЦ как экономической оистемы.
Указанные моменты обусловливают актуальность проблемы синтеза моделей автоматизированного управления вычислительным центром.
Основной целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и практическая проверка методов синтеза оистем организационного управления вычислительным центром в условиях автоматизации управления.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
проведен анализ состояния управления ВЦ и его автоматизации;
исследована управляемость конкретного вычислительного центра;
проведено синтезирование модели целей, задач, а также критерия эффективности функционирования вычислительного центра как сложной оистемы;
смоделирована логическая сиотема организационного управления вычислительным центром;
проведена практическая проверка синтеза моделей.
В качестве объекта исследования выбрана система организационного управления вычислительным центром коллективного пользования (I очереди) Познаньокой экономической академии (Поль-
* * *
екая Народная Республика),
Теоретико-методологической основой исследования являются труды классиков марксизма-ленинизма, материалы съездов КПСС и Пленумов ЦК КПСС, оъездов ПОРП, а также постановления о совершенствовании управления в СССР и ПНР.
В процессе исследования использовались современные достижения науки в области экономики, системного анализа, программно-целевого подхода к управлению, автоматизированных систем управления и проектирования. Применялись также элементы теории систем, теории моделирования, оинергетики, теории построения вычислительных систем и теории мобильности.
При этом были попользованы трупы ведущих советских и зарубежных ученых: В.М. Глушкова, А.Н. Колмогорова, Н.Н. Моисеева, Д.А. Поспелова, В.А. Трапезникова, 0. Ланге, Р. Акоффа, Г.Й.Кли-ра, П.Ф. Друцкера и др.
Основным научным результатом исследования является разработанная методика синтеза моделей систем организационного управления вычислительным центром. Предлагаемый подход является систематизированным, алгоритмическим описанием для любого уровня системы управления ВЦ.
К новым научным результатам относится разработанная архитектура систем организационного управления ВЦ, основанная на
ряде взаимосвязанных логических моделей, в которых за фундаментальную основу принимается понятие "процесо".
Разработанная методика основана на подходе, соотоящем в использовании понятия "процесс", что позволило достичь методологического единства при создании аналогичных вычислительных систем и систем организационного управления и тем самым обеспечить совмеотимооть этих систем и единообразие языка их описания.
Предлагаемый подход является методическим инструментарием синтеза как технических методов, так и организационной системы и вводит существенное ограничение в разнообразие проектируемых автоматизированных систем управления.
При совершенствовании управления ВЦ основным является практическое применение принципов организационного, методологического и технического единства автоматизированных систем различного уровня, а также интеграции их построения и развития, что обеспечивает разработанная методика.
Эта методика может быть практически использована при оозда-нии новой или совершенствовании существующей системы организационного управления ВЦ как в частичной, так и в интегрированной оистеме управления этим объектом.
Полученная методика практически не завиоит от управляемого объекта, т.е. вычислительного центра, в котором были проведены исследования, и не имеет ограничения при использовании ее для любой другой сложной оиотемы организационного управления.
Кроме того, благодаря разработанной методике создана теоретическая и практическая основа для применения при моделировании систем организационного управления Щ современных методов моделирования систем сетями Петри, которые до сих пор находили при-
менение только в технических и вычислительных системах.
Представленные в работе алгоритмический подход и методология разработки логической архитектуры систем организационного управления вычислительным центром послужили основой для практического совершенствования управления основными процессами в вычислительном центре Познаньокой экономической академии Министерства науки, техники и выошего образования ПНР, ВЦ Познаньокой медицинской академий Министерства здравоохранения и социального обеспечения ПНР, ВЦ Познаньского Центра информатики энергетики Министерства энергетики ПНР.
Разработанный подход моделирования систем управления о помощью понятия "процесс" предложен всем пользователям ВЦ Познаньокой экономической академии совместно о обеспечением реализации проектирования на базе макета PSL/PSfl * проекта ]5ЪОЗ 2 на вычислительном комплексе ОЪйй 1304/1305.
Ооновные результаты докладывались и обсуждались на научных конференциях: "Компьютерно поддерживаемое создание информатиче-ских систем" (Вроцлав, ПНР, 1983 г.) и "Анализ эффективности и качества проектирования и функционирования АСУ в народном хозяйстве" (Москва, МЭСИ, 1983 г.).
Результаты работы были внедрены в учебный процесс на факультете повышения квалификации Познаньокой экономической академии.
Содержание диосертации включает кроме настоящего введения три главы, заключение, список литературы и приложения.
В первой главе представлены результаты анализа общего состояния процессов управления и их автоматизации, рассмотрены
I ?ioUcm Statrnent Language/ргоё&т Statmtni Аг\<кСугао.г.
* Зп^огтаїіоп System 'Ьеїідп and OptimCicttion Systirn.
- 8 -современные определения и классификация систем с точки зрения автоматизации управления, указаны предпосылки синтеза моделей управления вычислительным центром.
В результате исследования современных тенденций систем управления экономикой развитого социализма было установлено, что в настоящее время наиболее актуальными проблемами для научного изучения являются: системы организационного управления и их эффективность; человеческий фактор в оиотемах управления; использование программно-целевого управления; технология и процедуры управления; АСУ, их эффективность и развитие в направлении диалоговых систем.
Из концептуального анализа следует, что основой, создающей условия для совершенствования всей информатики, являютоя вычислительные центры. Опыт показал, что недостатками существующих систем организационного управления, оонованных на тематической, функциональной и эксплуатационной структурах, являются следующие: любая разработка АСУ ВЦ очень сильно овязана со структурой, функциями, должностями и т.п.; автоматизированные системы, оо-нованные на существующих структурах, не являютоя мобильными, например, не могут являться "изделиями управления", не открывают пути к оозданию "фреймов управления" и "фреймовых банков управления".
Вторая глава посвящена исследованию и разработке логической архитектуры управления вычислительным центром. При этом термин "логическая архитектура управления" используется в широком смысле для обозначения общего метода анализа оистем организационного управления, который делает возможным систематическое изучение их организации и поведения, а также проектирования.
При таком подходе изучением и разработкой охвачены: управляемость ВЦ; синтез моделей целей и задач АСУ ВЦ; оинтез критериев эффективности ВЦ как сложной системы управления; разработка архитектуры системы организационного управления ВЦ.
Объектом целенаправленного исследования в работе является вычислительный центр Познаньской экономической академии, который рассмотрен с точки зрения его управляемости. Исследование показало, что объект является только частично управляемым.
На базе результатов исследований разработан и предложен комплекс моделей СОУВД, реализация которых обеспечивает создание оистемы управления для любого уровня ВЦ и для ВЦ в целом. Этот комплеко включает:
г модель системы, которая предотавляет собой пару, содержащую множество состояний системы и множество процессов системы;
модель состояния, которая является частной функцией, отображающей соотояние системы в некоторое множество ее же состояний;
модель процесоа, определяемого как функция от процессора и программы, где выполнение программы с ее данными ведет к изменению вектора соотояний процесса;
модель процеооора как для класса реальных процессоров, так и для класса виртуальных процеоооров, определяемая упорядоченным множеством элементов процеооора (человек, аппаратные устройства, программы), множеством отношений на структуре свойств (атрибутов) этих элементов и, наконец, множеством овойств этих элементов;
модель программы, которая представляется как упорядоченное множеотво команд, элементы которого создают пространство команд данной программы, а сумма входного и выходного проотран-
- 10 -ства создает пространство данных. Состояние программы в определенный момент описывается вектором состояний.
В третьей главе представлены результаты исследования стратегии синтеза моделирования СОУЩ, формализации и описания предметной области моделирования структуры данных для процессов и ресурсов в системе организационного управления ВЦ. Кроме того, представлено моделирование процессов и программ, а также моделирование пользователя как "процесса" на базе понятий, введенных во второй главе.
В стратегии моделирования, использованной в данной работе, применен метод "оверху вниз", который оказался более эффективным, чем другие, и позволил шаг за шагом создавать уровни системы.
Формализация предметной области моделирования - СОУЩ представлена заданием множества ее процессов. Такое описание Щ показало, что объект может быть полностью или частично задан одним или несколькими виртуальными системами организационного управления. Для реализации СОУЩ в этом подходе не является необходимым сразу объять всю область процессов и их состояний, это уопешно можно реализовать постепенно, без ухудшения действия системы.
Работа оодержит формальное алгоритмическое представление моделирования системы организационного управления Щ в виде комплекса моделей.
Достоинством этой модели являетоя простая структура, реализованная на всех уровнях управления, и единый подход,независимо от реальной управляемой системы. Представленная модель подготовлена для вычислительного центра Познаньской экономической академии, который работает на терминальных дисплеях.
- II -
Определение и классификация систем управления
Современная эпоха характеризуется возрастающим влиянием науки и техники на все сферы бытия человека, образ жизни и стиль мышления, формирование представлений о мире и возможностях его преобразования. Существенной чертой является изучение особенно сти и свойств сложных систем управления различной природы, в том числе включающих "человеческий фактор". Для этого необходимы поиск теоретических средств: понятий, методов, принципов и т.д. создание технической базы для исследования систем и базы автоматизированного управления ими.
Ряд авторов [46, 51, 54, 82 и др.] в том или другом виде представляют особенности развития систем управления. Рассмотрим некоторые , которые необходимо учитывать при синтезе модели управления и выборе методов изучения.
Для настоящего этапа развития науки и техники управления характерно: - расширение функций и задач управления, проникновение идей теории управления в различные области науки, техники, экономики, медицины и т.д.; - усложнение объектов и законов управления, переход от управления отдельными объектами к управлению комплексами сложных объектов и т.п., переход к сложным многоцелевым системам управления; - усложнение критериев качества, реализация оптимальных, а в ряде случаев предельных режимов работы объектов; - управление в условиях значительной и все возрастающей по мере усложнения систем управления неопределенности, связанной оо свойствами сложного объекта управления или процесоа, с влиянием внешней среды, с і взаимодействием отдельных подсистем управления и т.п.; - создание моделей сложных объектов, систем управления и ситуаций, систем проектирования и научных исследований; - широкое применение новой элементной базы, содержащей последние достижения науки, техники и технологии; - интеграция новейших достижений смежных наук и научных направлений для решения системотехнических проблем.
Указанные выше особенности развития систем и процессов управлениями в первую очередь сложных систем, обусловливают необходимость совершенствования существующих и разработки новых методов исследования и проектирования систем управления, ориентированных на самое широкое использование ЭВМ,
В связи о этим первостепенное значение приобретают научные исследования и системный подход при использовании и оценке систем управления. Важная роль в решении сложных проблем управления в настоящее время отводится бурно развивающимся методам машинного проектирования, имитационного и системного моделирования.
Все это требует перевоплощения управления из искусства в производственный процеос, создания интеллектуальных изделий управления, что учтем далее при раокрытии понятия управления и его анализе.
Приведем сравнительный анализ понятия управления.
Изучение литературы [43, 178, 87, 160, 224 и др.] приводит к заключению, что в настоящее время понятие управления широко используется во всех областях науки, техники и практики. Однако до сих пор оно не имеет достаточно четкого определения.
Предпосылки оинтеза моделей управления вычислительным центром
Задача синтеза,как это определяется в отношении к экономическим системам [96J и теории вычислительных систем [142 должна сводиться к выбору наилучшего способа построения систем, приспособленных для выполнения заданных функций, к определению и построению модели отдельной системы с выделением состава элементов и связей и, наконец, к формулированию принципов управления с соответствующими ограничениями, выработанной цели и критериями эффективности.
Из концептуального анализа, проведенного в предыдущих параграфах, мы получили, что одним из основных звеньев, создающих условия для совершенствования управления, являются вычислительные центры. Это определяет их как объект для нашего исследования. Именно с этой точки зрения будем проводить систематическое изучение Щ в данной работе.
Современный вычислительный центр как объект управления представляет собой экономическую систему, которую можно отнести к открытым целенаправленным динамическим системам, характеризуемым следующими признаками: - структурным,характеризующим некоторую упорядоченность (последовательность) во взаимосвязи элементов или совокупностей; - динамическим, показывающим изменение параметров структуры, во времени; - информационным, характеризующим оостояние всех объектов и являющимся основой для формирования управляющих воздействий; - регуляционным, т.е. определяемым в совокупности с предыдущими аспектами, как способность системы менять внутреннее состоя ниє и выходные параметры в зависимости от отношений, заданных во временной, семантичеокой и других плоскостях.
С учетом этих признаков современный ВЦ является слабофор-мализуемой целенаправленной открытой динамической системой. Любой вычислительный центр мы можем представить в виде организационной системы, состоящей из множества подсистем (моделей), записав в реляционной форме (5= л,р (1.3) где ft-{di] - множество подсистем; Р- {Pi} множество отношений между подсистемами.
Такая основная реляционная модель со множеством взаимодействующих подсистем показана на рис. I.I.
Прежде чем перейти к детальному рассмотрению ВЦ как организационной системы кратко остановимся на подходах,существующих в вопросе организационных систем.
Из рассмотрения ряда работ по предмету исследования систем организационного управления следует, что в этой области нет единства мнений. Так, в [зб] система организационного управления понимается как система, в которой "процессы принятия решений реализуются постоянно, ибо управляя организацией, приходится постоянно принимать управленческие решения по различным аспектам ее деятельности..."В этом смысле далее учитывается, что основную задачу организационного проектирования можно сформулировать как построение системы моделей организации, которая охватила бы все аспекты ее деятельности, ибо отсутствие четко фиксированных моделей организаций приводит к нечеткому распределению функций в подразделениях.
В Бурков [35J подчеркивает, что "совершенствование функционирования организационных систем в народном хозяйстве - одна из актуальных проблем сегодняшнего дня. Трудности ее решения во многом связаны с отсутствием до настоящего времени достаточно развитой теории, которая бы располагала методами описания и исследования широкого спектра организационных сиотем, позволяла бы ставить и решать задачи их оптимального синтеза и на этой основе разрабатывать рекомендации по совершенствованию функциони-рования существующих организаций. Далее поднимается вопрос о человеческом факторе в системах управления, при этом отмечается, что "целенаправленное функционирование организационных систем определяется присутствием в них человека. Оно приводит к определенной "активнооти" управляемых систем. Как общий вывод В.Н. Бурков представляет следующее: учет факторов целенаправленного функционирования управляемых объектов в организационных системах и соответствующих проявлений их "активности" является необходимым условием создания адекватной теории управления организациями". Кроме того, В.Н. Бурков [Зб] считает, что "до сих пор управление организациями во многом остается более искусством, чем наукой".
Подобное мнение можно тоже найти у зарубежных авторов. Так, С. Янг [2I6J считает, что "оегодня почти невозможно найти двух людей, имеющих одинаковое представление о том, что должно и что не должно включать содержание теории управления".
Один из подходов к системе организационного управления осно-вываетоя на процедурах управления. Это является большим шагом на пути редукции разнообразия в управлении, а также шагом в направ- лении его алгоритмизации.
Основы синтеза критериев эффективности вычислительного центра как сложной системы управления
Разработка общих принципов выбора критериев эффективности и оптимизации сложных систем является важной задачей, так как они в значительной мере определяют эффективность системы и принципы ее построения. Вычислительные центры коллективного пользо вания (ВЦКП) в настоящее время определяют как большие динамические системы, которые включают несколько подструктур, в свою очередь, также достаточно сложных [49].
Систему, например, ВІЩІ, в которой реализуется процесс управления, обычно называют системой управления и выделяют в ней две подсистемы: управляющую и управляемую. Управляющая система осуществляет процесс управления, управляемая является объектом управления.
Разделение системы управления на управляющую и управляемую подсистемы в ВЦКП не всегда можно произвести однозначно (в некоторых ВЦКП уже принимается в управлении идея интеллектуальных процессов, впервые высказанная в 1959 г. академиком В.М. Глушковым).
Однако до сих пор универсального методологического подхода к синтезу критериев эффективности не существует.
В настоящей работе предлагается один из возможных подходов его формализации. В настоящей работе будем понимать: - под эффективностью - степень соответствия системы своему назначению; - под критерием - численную меру, которая, с одной стороны, настолько абстрактна, что может быть использована для ряда систем, с другой стороны, учитывает их особенности и принимает конкретную форму при реальной разработке; - под критерием эффективности - меру эффективности системы, имеющую количественный смысл и измеряющую все ее свойства в одной оценке - значении критерия эффективности.
Для ограничения неопределенности в общем смысле определим эффективность системы, как тройку: - 63 Э„г, = С,0,К . 2.27) Тогда задача запишется в следующем виде: Оано , С , 0 , требуется К » .... (2.29) где - множество систем (по У.Р. Этби известно, что "... каждый материальный объект содержит не мее чем бесконечное число переменных и, следовательно, не менее чем бесконечное число возможных систем" [l22j ; С- множество целей; О - множество ограничений; К - множество критериев (или обобщенный критерий, который находится по некоторому правилу). Систему 5 задаем по одному из определений понятия системы, от синтеза которого переходим к синтезу цели, ограничений и определению критерия эффективности.
В настоящее время не существует общепринятого определения системы. Есть несколько подходов к такому определению, например, абстрактный подход (основан на теоретико-множественном описании системы [l28j, структурно-функциональный подход [71 и др.] Принимая подход А.И. Уемова [I83J, в общем случае систему можно рассматривать как упорядоченное множество элементов {rn\ , отношений {т} и свойств /р] . Однозначное задание свойств, отношений и элементов полностью определяет систему, ее структуру, цель, эффективность и т.д.
Однако, как указано выше, по определению У.Р. Эшби, это ведет к неопределенности системы - получаем бесконечное число систем. Из процесса синтеза принятого определения системы следует: - Полные множества элементов М и отношений между ними оп ределяют полное множество свойств Р, реализуемых на этих эле ментах и отношениях: P = MXR. (2.30) - Декартово произведение S=MXR P (2.31) определяет полное множество возможных систем S .
Из выражения (2.31) следует, что конкретная система однозначно определена только в том случае, если заданы подмножества элементов М- // , - /77І], / //отношений между ними Nv- r,-} ( =& и свойств Р = {р — рк] , Р Р. При этом множества М , ft и Р являются конечными и поддаются информативному описанию только в том случае, если определен I уровень детализации
Формализация предметной области моделирования
Как считается в [216], одним из новых и еще мало известных направлений повышения эффективности организации является направление, которое можно назвать "конструирование организации". Это направление возникло в результате применения идей системного анализа к проблеме повышения эффективности организации и является наиболее комплексным и последовательным подходом к повышению эффективности организации. Методология системного моделирования построения и совершенствования реальных объектов основана на использовании теоретических конструкций, называемых "моделями систем". Теория систем в ее современном состоянии представляет собой многоуровневую понятийную схему, включающую разнообразные модели систем, которым придается различная форма - от описательной до формальной. На высших уровнях этой схемы находятся наиболее абстрактные модели системы, с помощью которых вводится понятие "целое" (или "система"), "элемент", "связь", "отношение", "структура".
Более частная, но веоьма важная модель системы строится вокруг специального вида отношения - процесса. В этой модели вводится понятие "вход" и "выход" (или "состояние"), "пространство входов", "пространство выходов", а также понятия "нагрузка входа", "процессор", "среда".
Дальнейшая конкретизация приводит к модели целенаправленной системы, в которой вводятся понятия: "проблема", "решение" (альтернатива), "цель", "критерий", "функция", "метод" и устанавливается номенклатура функций, необходимых для решения проблемы.
Последней областью в настоящее время занимается теория интеллектуальных решателей и ее практические применения [74]. В этой области разработано уже много языков программирования с высокой изобразительной силой, учитывающих специфику задач искусственного интеллекта.
В исследовании мы будем принимать за основу информационный объект - описание предметной области " процессы управления". Это обосновывается еще тем (при классификации систем управления во втором параграфе I главы это уже отмечалось), что определено Н. Винером [44], У.Р. Эшби [214] и что определяет закон диалектики; Сдвижение оказываетоя тождественным всякому изменению, лю- v бому переходу из одного состояния в другое. Движение - это всеобщий атрибут, способ существования материи, В мире не может быть материи без движения, как нет и движения без материи" , а описание движения возможно только процессом.
Для формализации описания предметной области используем терминологию, приведенную в [194]. Под предметной областью понимается часть реального мира, которая описывается или моделируется, т.е. в данном случае система организационного управления ВЦ. Предметная область моделируется о использованием понятий информационных объектов и функций, выполняемых этими объектами или для них.
Под информационным объектом понимается идентифицируемый объект реального мира, некоторое понятие или процесс, относящийся к предметной области, которая характеризуется описательно,, В данном случае - это процессы управления.
Абстрактный процесс (как было определено в главе П, параграф 2.4) определяется как работа, производимая последовательным процессором при выполнении программы с ее данными. Это определение сформулировано в концепции состояния и означает, что выполнение процесса трактуется как последовательность его переходов из одного состояния в другое. При этом состояние процесса в любой момент времени однозначно определяется значением его вектора состояния.
