Рассмотрение организационно-технических систем с точки зрения процессов преобразования ресурсов

В разделе рассматривается предметная область процессов преобразования ресурсов, охватывающая такие классы процессов, как производственные, технологические, организационные, бизнес-процессы и цепочки поставок, и рассматривается возможность применения ситуационного подхода к данной предметной области.

Под процессом преобразования ресурсов понимается непрерывный или дискретный процесс преобразования входа (ресурсов, необходимых для выполнения процесса) в выход (продуктов — результатов выполнения процесса). Элемент (компонент) такого процесса преобразования ресурсов или весь процесс представлен в виде структуры, включающей: вход, условие запуска, преобразование, средства преобразования, выход [25−26].

В процессе преобразования ресурсов обычно происходит уменьшение объема входа и увеличение объема выхода. В момент выполнения условия запуска уменьшается входной ресурс и захватываются средства. В момент окончания преобразования происходит увеличение выходного ресурса и освобождение средств. Таким образом, процесс преобразования ресурсов позволяет описывать большинство окружающих нас процессов. Данный подход лег в основу теории динамического моделирования процессов преобразования ресурсов, успешно используемой авторами для решения задач управления производственными и бизнес-процессами 125−26].

В качестве примера системы преобразования ресурсов может быть рассмотрено любое производственное предприятие. В обобщенном графическом виде (на верхнем уровне) коммерческое предприятие может быть представлено следующей схемой движения ресурсов предприятия (рис. 1) [25]. На этой схеме прямоугольниками обозначены ресурсы предприятия, а овалами преобразователи ресурсов.

Рис. 1. Потоковая модель предприятия 9.

В целом можно отметить, что подход к моделированию процессов, используемый авторами теории процессов преобразования ресурсов, близок к подходу рассмотрения процесса в виде полюсника или группы полюсников, используемому в работах авторов Клыкова Ю. И. и Поспелова Д. А. [8−9, 11−12] при моделировании технологических и производственных процессов, работы морского порта, аэропорта и железнодорожного узла, диспетчеризации тампонажных работ при бурении нефтяных и газовых скважин; Чистова В. П., Кононенко И. А., Ситникова И. О., Захаровой Г. Б. при моделировании и проектировании радиоэлектронной аппаратуры [27]. Методы ситуационного управления нашли применение при автоматизации управления процесса капитального строительства [28−29] на основе моделей сетевого планирования, которые также используются в задачах распределения и планирования ресурсов.

С точки зрения ситуационного управления процесс преобразования ресурсов в графическом виде будем представлять следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Ситуационное представление процесса преобразования ресурсов.

Под элементом «управление» процесса преобразования ресурсов будем понимать набор управляющих воздействий (команд). Условие запуска определяет момент запуска процесса преобразования ресурсов на основании: состояния процесса преобразования, входных и выходных ресурсов, стартующих (запускающих преобразование) команд управления, средств, с помощью которых осуществляется преобразование (далее «средств»), и других событий, возникающих во внешней среде процесса. В момент запуска определяется время выполнения преобразования на основании параметров команды управления и имеющихся ресурсных ограничений.

Классификация ресурсов с точки зрения их использования [30] в процессе преобразования приведена на рис. 3.

Рис. 3. Классификация ресурсов по типам использования.

Потребляемые ресурсы (входы) — ресурсы, которые используются в процессе только один раз. В зависимости от роли в процессе преобразования потребляемые ресурсы делятся на прямые (непосредственно входящие в конечный продукт и являющиеся его составной частью) и косвенные (участвующие в процессе преобразования, но не являющиеся составной частью конечного продукта).

Средства не потребляются, а используются в процессе преобразования, они не уменьшаются в процессе их использования (в большинстве случаев используются многократно, в зависимости от их эксплуатационного потенциала). Средства подразделяются на изнашиваемые и неизнашиваемые (снижается потенциал ресурса с течением времени или нет).

Выходы формируются в процессе преобразования. Выходы подразделяются на продукты и отходы.

Объекты организационно-технических систем характеризуются сложностью структуры и алгоритмов поведения, многопараметричностью, что, естественно, приводит к сложности их моделей; это требует при их разработке построения иерархических модульных конструкций, а также использования описания внутрисистемных процессов 1141. Сложные процессы преобразования ресурсов, с точки зрения структурного подхода [2, 31−32], могут быть представлены в виде иерархии последовательных декомпозиций (детализаций) процесса на подпроцессы. Каждая декомпозиция представляет собой композицию (состав) более простых элементов процесса преобразования. Тем самым создается иерархическая многоуровневая модель процесса. На самых нижних уровнях процесс может быть представлен с точностью до элементарных операций преобразования ресурсов.

Согласно принципам создания ситуационных динамических моделей, изложенных Клыковым Ю. И. в [8−9], при построении моделей сложных систем управления целесообразно строить иерархические модели уровней управления, причем на каждом вышележащем уровне формируются команды для нижележащего уровня.

На различных уровнях сложной системы управления используются следующие три основных способа построения композиций команд: последовательный, параллельный и смешанный. При формализации функционирования сложной системы в виде дискретной сети команды управления задаются с помощью графов функционирования автоматов сети, отображающих функциональную и временную структуры команд. Элементарные команды управления характеризуют всевозможные переходы между смежными вершинами графов функционирования автоматов сети. Производные команды управления, являющиеся композициями элементарных, задаются в виде путей графов функционирования автоматов.

Введение

дискретной сети позволяет дать точное определение команды управления большой системой в момент времени t [7].

Команда управления большой системой в момент времени t представляет собой совокупность команд, подаваемых на управляющие входы полюсников сети в момент времени t, и связей между командами, определяемых структурой сети. Команда управления в момент времени t соответствует макроситуации, которой принадлежит микроситуация s (t-1). В общем случае полюсниками дискретной сети могут быть модели принятия решений. В этом случае командами управления полюсников служат указания на решение определенных задач из допустимого множества, а связи сети определяют порядок решения задач на заданном временном интервале. Таким образом, дискретная сеть позволяет не только формализовать структуру коммуникационных связей между элементами объекта управления, но и описать процесс перехода объекта управления из одного состояния в другое. Функционирование дискретной сети выглядит внешне как смена ситуации на сети. Поскольку состояние дискретной сети может быть представлено в виде совокупности понятий и отношений между ними, то функционирование дискретной сети можно рассматривать как трансформацию понятийных структур, вершинами которых являются понятия, а ребрами служат отношения между ними |71. Таким образом, структура композиции команд управления напрямую зависит от структуры процессов системы.

Наиболее распространенным средством моделирования динамических процессов (переходов из одного состояния в другое (из одной ситуации в другую)) является имитационное моделирование и, в частности, дискретно-событийное [2−3, 8, 13−16, 25−26].

Анализ структуры и функционирования широкого класса сложных систем показывает, что большую систему можно рассматривать как совокупность элементов двух видов: объекты (поезда, самолеты, суда, станки, заводы, железнодорожные узлы, шоссейные дороги, люди, промышленные сооружения и т. д.) и отношения, характеризующие пространственно-временные связи между объектами. При этом одни элементы сложной системы могут представлять собой совокупность других. Например, завод представляет собой совокупность цехов, расположенных определенным образом в пространстве и связанных между собой технологическими линиями. Каждый цех состоит в свою очередь из участков, специализирующихся по выпуску определенных видов оборудования, и т. д. [7].

Язык, с помощью которого формализуются структура и функционирование сложных систем, должен обладать средствами отображения иерархической структуры большой системы и множества отношений между объектами, а также быть близким к естественному языку, на котором осуществляется содержательное описание управляемого объекта. Простейшими единицами такого языка должны быть модули, из которых строятся все остальные единицы по правилам грамматики языка. Описание связей между объектами, а также законов функционирования отдельных объектов удобно осуществлять с помощью дискретных сетей. Язык описания ситуаций предназначен для формализации состояния дискретной сети, а также точного определения микроситуации управляемого объекта. Благодаря использованию единого языка описания состояний управляемого объекта и его модели обеспечивается возможность имитации структуры объекта и процессов, протекающих на этой структуре [7].

Определяющим моментом построения моделей сложных процессов преобразования ресурсов является, как это было уже ранее отмечено, возможность иерархического представления структуры процесса. Для решения этой задачи в предметной области процессов преобразования ресурсов Г25−261 был успешно применен аппарат системных графов высокого уровня интеграции, представленный в работе [2].

Специфика больших организационно-технических систем позволяет сформулировать следующие требования к ситуационной модели процесса преобразования ресурсов и средству ситуационного динамического моделирования:

• — описание структуры большой системы в виде совокупности элементов и множества отношений между элементами (семантическая составляющая или возможность построения семантической модели предметной области);
• — представление иерархической структуры процесса (иерархический язык описания предметной области);
• — язык описания предметной области и ситуаций, близкий к естественному языку;
• — наличие языка описания управляющих воздействий (команд управления) сложной системы.