Утверждено на заседании Ученого Совета спбгэту, протокол № от 2009 г. Согласовано

Дисциплина «Системотехнические основы управления ресурсами»

Аннотация

по разделу 1 «Основы проведения междисциплинарных системных исследований»

Раздел 1

Основы проведения междисциплинарных системных исследований

Содержание лекций

• Лекция 1. Особенности современных организационно-технических комплексов;

• Лекция 2. Методологические основы проведения междисциплинарных системных исследований

• Лекция 3. Информатика и управление

Лекция 1. Особенности современных организационно-технических комплексов

Особенностями современных организационно-технических комплексов являются:

• повышенная сложность и размерность, избыточность, многофункциональность, распределенность, унификация, однородность основных элементов, подсистем и связей;

• структурная динамика, нелинейность и непредсказуемость поведения; иерархически-сетевая структура;

• неравновесность, неопределенность от вмешательства и выбора наблюдателя;

•  постоянное изменение правил и технологий функционирования, изменение правил изменения технологий и самих правил функционирования;

• наличие как контуров отрицательной, так и положительной обратной связи, приводящих к режимам самовозбуждения (режимам с обострением);

• наряду с детерминированным и стохастичным поведением, возможно хаотическое поведение;

• ни один элемент не обладает полной информацией о системе в целом;

•  избирательная чувствительность на входные воздействия (динамическая робастность и адаптация)

• время реагирования на изменения, вызванные возмущающими воздействиями, оказывается больше, чем время проявления последствий этих изменений, чем интервал между этими изменениями;

• абсолютную полноту и достоверность информации описания реального объекта получить принципиально невозможно в соответствии с пределом Бремерманна и теоремой Геделя..

Сложность современных организационно-технических комплексов

• Структурная сложность объектов

• Сложность функционирования объектов

• Сложность принятия решений и выбора сценариев поведения объектов

• Сложность модернизации и развития

• Сложность моделирования

Надежность современных организационно-технических комплексов

  Отказоустойчивость ИС – свойство системы сохранять работоспособность в случае случайного выхода из строя или сбоя отдельных ее компонентов

Катастрофоустойчивость ИС – свойство системы сохранять критически важные данные и обеспечивать выполнение своих основных функций после массового (возможно целенаправленного) уничтожения ее компонентов в результате различных катаклизмов как природного характера, так и инспирированных человеком.

Непрерывность современных организационно-технических комплексов

  Информационные системы, обеспечивающие непрерывность бизнес-процессов (непрерывность решения прикладных задач, максимальный уровень доступности к своим ресурсам) – Disaster Tolerance Information System

Информационные системы, обеспечивающие эффективное восстановление своей доступности – Disaster Recovery Information System

К
онцептуальное описание жизненного цикла КИС

Расширенная схема обобщенной модели СУ

Основные тенденции развития информационных технологий и систем

Лекция 2. Методологические основы проведения междисциплинарных системных исследований

• Методология – это совокупность концепций, принципов, способов, методов и технологий их применения при постановке и решении задач в конкретной науке.

• Метод – это прием или способ действия.

• Принцип – это основное, исходное положение какой-либо теории; наиболее общее правило деятельности, которое обеспечивает его правильность, но не гарантирует однозначность и успех.

• Системный подход — это подход к объектам природы, общества, техники как к системам с учетом воздействия всех факторов среды, в которую погружена данная система.

• Следует выделить 2 момента:

• все объекты рассматриваются как системы;

• учитываем все факторы воздействия среды на систему, система на среду.

• Сложная система — это система, для познания которой требуется совместное привлечение многих теорий моделей, методов, алгоритмов, методик.

• Большая система — называется такая система (или представляющая ее модель), для которой невозможно при использовании известных научных методов провести исследование в целом с полным сохранением детального описания компонент.

Функции и аспекты проведения междисциплинарных системных исследований

• Отмечаются две основные функции системного подхода (СП):

• а) постановка проблем, связанных с получением новых научных знаний или решением новых задач;

• б) методологический анализ существующего знания.

Следуя Афанасьеву В.Г. будем различать 6 основных аспектов СП:

1. системно-компонентный;

2. системно-структурный;

3. системно-функциональнай;

4. системно-интегративный;

5. системно-коммуникационный;

6. системно-исторический.

Все аспекты нужно рассматривать во взаимосвязи и взаимодействии.

Системный анализ проведения междисциплинарных системных исследований

• Системным анализом (СА) называется одно из основных направлений реализации СП, в рамках которого рассматриваются исследовательские и управленческие проблемы, связанные с обоснованием и принятием решений в области экономики, политики, военного дела, техники. Это направление существенно учитывает факторы неопределенности и опирается как на соответствующим образом развитый формально-математический аппарат, так и на неформальные методы эвристического характера.

• Системотехника — научная дисциплина, в которой на основе соответствующего применения принципов СП и СА достигается плодотворное сочетание различных теорий, методов и моделей в процессах создания, испытания, эксплуатации и развития сложных (больших) технических систем и комплексов, ориентация этих процессов на достижение конечной цели — максимального повышения эффективности системы.

Модель как основа проведения междисциплинарных системных исследований

• модель – это система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе[ Калинин, Резников];

• модель – это способ существования знаний [Гаврилова, Хорошевский ];

• •модель – это искусственно созданный физический или абстрактный объект(процесс), свойства которого и отношения между ними в рамках достижения поставленной цели полагаются аналогичными свойствам и отношениям объекта оригинала [Краснощеков, Петров];•модель – это системное многоместное отображение объекта оригинала, имеющее наряду с безусловно-истинным, условно-истинное и ложное содержание, проявляющееся и развивающееся в процессе его создания и практического использования [Перегудов, Тарасенко ]; моделирование – один из этапов познавательной деятельности субъекта, включающий в себя разработку (выбор) модели, произведение на ней исследований, получение и анализ результатов, выдачу рекомендаций о дальнейшей деятельности субъекта и оценивание качества самой модели применительно к решаемой задаче с учётом конкретных условий [ Савин, Емельянов, Перегудов, Тарасенко];

Основополагающие подходы к решению проблемы: Объектами исследования являются не только модели объектов- оригиналов, но и развивающая ситуация, участниками которой являются объекты и субъекты моделирования, а также метамодели (модели моделей);

Процесс моделирования объектов исследования интерпретируется как процесс управления развивающейся ситуации в условиях неопределённости

О
бобщенная технология оценивания и управления
качеством (в т.ч. адекватностью) моделей первого класса
Обобщенная технология параметрической и структурной адаптации аналитико-имитационных моделей УСД СТО

Г
еометрическая интерпретация задач исследования эффективности технологий системного моделирования
объектов различных классов

Методологические основы проведения междисциплинарных системных исследований

Лекция 3. Информатика и управление

Определения информатики

• Наука о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике. Предметом информатики является вычислительная технология как социально-исторический феномен…состав информатики – это три неразрывно и существенно связанные составные части: технические средства, программные и алгоритмические (Дородницин А.А.).

• Некая синтетическая дисциплина, которая включает в себя разработку новой технологии научных исследований и проектирования, основанное на использовании ЭВТ, и несколько крупных научных дисциплин, связанных с проблемой общения с машиной, и наконец, с созданием машины (Моисеев Н.Н.).

• Комплексная научная и технологическая дисциплина, которая изучает, прежде всего, важнейшие аспекты разработки, проектирования, создания, “встраивания” машинных систем обработки данных, а также их воздействия на жизнь общества (Михалевич В.С.).

• Фундаментальная естественная наука, изучающая процессы передачи и обработки информации (Ершов А.П.).

• Наука о проблемах обработки различных видов информации, создании новых высокоэффективных ЭВМ, позволяющая предоставлять человеку широкий спектр различных информационных ресурсов (Якубайтис Э.А.).

• Информатика (наука об инфокоммуникациях) – наука, которая изучает, как преобразуется, репрезентируется (представляется), хранится и воспроизводится информация, а также как она передается и используется (Кузнецов Н.А.).

• Информатика – научное направление, являющееся составной частью кибернетики, основные задачи которого заключаются в изучении информационных потребностей общества и разработке путей, средств и методов наиболее рационального их удовлетворения (Герасименко В.А.).

• Наука об осуществляемой преимущественно с помощью автоматических средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как представление знаний и сообщений в технических, экономических и социальных областях (Французская Академия наук).

• Наука, техника и применение машинной обработки, хранения и передачи информации (М.Брой, Германия).

Развивающиеся разделы информатики:

• извлечение знаний из данных;

• машинное обучение;

• многоагентные системы

• компьютерное зрение;

• речевая информатика;

• стеганография и стеганоанализ;

• интеллектуальные сенсорные сети;

• защита компьютерных сетей;

• новые технологии компьютерного моделирования и супервычислений

• биометрия и т.д. и т.п.

Основные научные результаты классической кибернетики

• Доказано, что важнейшим атрибутом любой системы (биологической, технической, социальной и т.п.) являются механизмы управления, поддерживающие систему в целостном состоянии и обеспечивающие целесообразное ее поведение в пространстве и времени;

• Доказано, что управление в системе любой природы есть целенаправленный процесс, предполагающий наличие вполне определенной цели;

• Доказано, что управление в системе любой природы есть информационный процесс, заключающийся в сборе, передаче и переработке информации;

•  Доказано, что регулярное и целенаправленное управление возможно только в замкнутом контуре, состоящем из управляющих и управляемых объектов, соединенных между собой прямыми и обратными линиями (цепями) связи;

• Доказано, что управление есть циклический процесс, а само управление должно быть оптимальным

Кибернетика свела все ранее существовавшие взгляды на процессы управления в единую систему и доказала ее полноту и всеобщность, она предметно продемонстрировала повышенную мощность системного подхода к решению сложных проблем

Вместе с тем, объявленная кибернетикой всеобщность рассмотренных выше

положений , принявших характер законов, остается пока преимущественно декларацией, слабо подтвержденной конструктивным обоснованием именно ее всеобщности ( это касается, прежде всего, социально-экономических систем)

Неокибернетика

 это междисциплинарная наука, ориентированная на разработку методологии постановки и решения проблем анализа и синтеза интеллектуальных процессов и систем управления сложными объектами произвольной природы;

это— кибернетика II порядка, исследующая системы управления, обладающие свойством избирательности и операциональной замкнутости, а также способностью моделировать среду и себя в ней (кибернетика наблюдения, включающего и самого наблюдателя).

Предмет исследования:

разработка научных основ формализации и решения проблем структурного-фукнционального анализа, мониторинга и синтеза адаптивных и самоорганизующихся интеллектуальных технологий и систем управления (АдИССУ) сложными объектами произвольной природы (СОПП).

Цели исследования:

создание кибернетических систем нового поколения, обладающихследующими основными свойствами: самосознание и проактивность, способностями к переконфигурированию (самоконфигурированию), самосоверешнствованию, самооптимизации, самолечению, самосохранению, обладающие общественным поведением, коммуникабельностью, благожелательностью и правдивостью.

Основные понятия:

сложность, структурная динамика, эмерджентность, макросостояния, структурное состояние, многоструктурное макросостояние, проактивность, комплексное моделирование, квалиметрия моделей и полимодельных комплексов.

Основные классы решаемых задач

задачи управления сложностью, включающие в себя:

• задачи целенаправленного и обоснованного создания (расширения разнообразия в ИСУ, сужения разнообразия внешней среды);

•  задачи декомпозиции (композиции), агрегирования (дезагрегирования), координация, линеаризация, аппроксимации, релаксации при моделировании, анализе и синтезе АдИССУ;

• задачи управления структурной динамикой АдИССУ;

•  задачи квалиметрии моделей и полимодельных комплексов АдИССУ;

•  задачи «классической кибернетики I порядка» применительно к АдИССУ.

Возможные пути управления разнообразием

• изменение способов, целей функционирования СТО, их содержания, последовательности выполнения в различных условиях,

• перемещение в пространстве отдельных элементов и подсистем СТО,

• перераспределение и децентрализация функций, задач, алгоритмов управления, информационных потоков между уровнями СТО,

• управление резервами,

• использование гибких и
  сокращенных технологий управления СТО,

• реконфигурация структур СТО при ее деградации

Интеграция информатики и кибернетики

C³=control+communication+computing.

• Предварительный отчет – рекомендация для рамочной программы РП-7 «Исследование по системам управления в Европе» (2005).

• К.Острем. Доклад «Present Development in Control Applications» юбилейное заседание ИФАК (Хайдельберг, 12-14 сентября 2006 г.); 1-я Российская мультиконференция по проблемам управления (Санкт-Петербург, 10-12 октября 2006 г.).

• Р.М.Юсупов «К 90-летию академика Е.П.Попова (Информационно-управляющие системы, №1, 2005)