автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Многовариантные активные системы управления, исследования и обучения

о 1Л.Й.ЗЗ

И

Сибирский государственный индустриальный университет

На правах рукописи

КИСЕЛЕВА Тамара Васильевна

МНОГОВАРИАНТНЫЕ АКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБУЧЕНИЯ

Специальность: 05.13.10 - "Управление в социальных и

эконо^$%ес%их системах'" 05.13.16- "Щй^ёнеш^шчислительнои техники,

моделирования

- - -^ч, йатемар. ,, ?г,

с ^Й^^О^й^ческй^: методов

ТВр^ГМЫХ

юискаяй^ученои степени технических

маниях

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Авдеев В.П.

МОСКВА - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр

Основные понятия и определения 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА I. РАЗРАБОТКИ ПО АКТИВНЫМ И МНОГОВАРИАНТНЫМ СИСТЕМАМ С КОНЦЕПЦИЕЙ ИХ ОБЪЕДИНЕНИЯ 12

1.1. Известные труды по активным системам в аспекте многовариантно-

сти 12

1.2. Известные труды по многовариантным системам в аспекте активности 17

1.3. Концепция многовариантных активных систем 20

1.3.1. Двухвариантные активные системы 27

1.3.2. Анализ эффективности многовариантного организационного механизма 49

1.3.3. Исследование условий оптимизации различных функций стимулирования 75 ГЛАВА II. МНОГОВАРИАНТНАЯ АКТИВНАЯ СИСТЕМА "УПРАВЛЕНИЕ" (МвАСУ) 81

2.1. Многовариантная активная система "Расчет шихты" для мартеновского, электросталеплавильного и конвертерного производства 81

2.1.1. Общие представления по построению и функционированию многовариантных активных систем "Управление" 82

2.1.2. Типовые структуры функциональных блоков МвАСУ 87

2.1.3. Разработки по шихтовке мартеновских плавок стали 98

2.1.4. Разработки по шихтовке электроплавки стали 118

2.1.5. Разработки по шихтовке конвертерной плавки стали 122

2.2. Опыт функционирования многовариантных активных систем "Расчет шихты" 128

2.3. Многовариантная активная система прогнозирования длительности плавок 144

2.4. Многовариантная активная система совместного определения задающих и управляющих воздействий 152 ГЛАВА III. МНОГОВАРИАНТНАЯ АКТИВНАЯ СИСТЕМА "ИССЛЕДОВАНИЕ" (МвАСИ) 174

3.1. Многовариантная активная система комплексного анализа рядов данных на примере производственных и рыночных объектов 174

3.1.1. Алгоритмы робастной фильтрации 178

3.1.2. Применение фильтров для оценивания скользящих статистических характеристик 184

3.1.3. Многовариантный комплексный анализ товарного и финансового рынка 189

3.2. Многовариантная активная система натурно-математического моделирования (МвАСНММ) 199

3.3. Многовариантная система технологических исследований (МВАСТИ) 229

3.3.1. Конкретизация методов технологических исследований 233

3.3.2. Методика построения и применения комплексной модели рациональных управленческо-технологических зависимостей (РУТЗ) 240

3.3.3. Применение комплексной модели РУТЗ 244

3.3.4. Примеры технологических исследований 248

3.3.5. Анализ результатов влияния химического состава стали на механические свойства проката 258 ГЛАВА IV. МНОГОВАРИАНТАЯ АКТИВНАЯ СИСТЕМА "ОБУЧЕНИЕ" (МвАСО) 276 4.1 .Основы многовариантных имитационных обучающих систем 276

4.1.1. Особенности моделирования в обучающих системах 276

4.1.2. Структура многовариантной обучающей имитационной системы 286

4.1.3. Вариантная учебная имитационная модель 294 4.2. Многовариантная имитационная обучающая система "Расчет шихты" 300

4.3. Многовариантная имитационная обучающая система "Сглаживание и прогнозирование" 309

4.4. Многовариантная имитационная обучающая система "Межсменное взаимодействие" 317 ГЛАВА V. МНОГОВАРИАНТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОФОРИЕНТАЦИИ И ОРГАНИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СО СПЕКТРАЛЬНЫМИ ТИПОЛОГИЧЕСКИМИ МОДЕЛЯМИ 332

5.1. Известные разработки в области типологии, соционики и типове-дения 332

5.2. Многовариантная технология типирования интеллекта, профориентации и адаптации обучения (МвПРОР-технология) 339

5.2.1. Технологии в системном представлении 339

5.2.2. Основы многовариантного типирования интеллекта 348

5.2.3. Многовариантная технология адаптации обучения с профориентацией по группам специальностей 356

5.2.4. Многовариантная технология адаптации обучения с профориентацией по видам обеспечения, функциям и объектам деятельности 369

5.3. Опыт применения многоварйантной ПРОР-технологии в вузе 387

5.4. Технология организации коллектива 395 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 403 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 406 ПРИЛОЖЕНИЕ 432

Основные определения и сокращения Элементами развиваемого направления являются ориентированные на действующие реальные объекты взаимосвязанные концепции, структуры, критерии, оргмеханизмы, модели, методы, алгоритмы и данные, притом с концентрацией всего этого на конкретных задачах и решениях из натурной и натурно-модельной сфер деятельности. Многовариантность (системная многовариантность) - наличие или осуществимость многих вариантов на какой-либо общей основе с эффектом целого. МВС — многовариантные структуры, средства, системы (с разнообразным взаимосовмещением и взаимодействием в каждом из них нескольких ее вараиантов). МвАС - класс многовариантных активных систем (каждая из них), с возможной трактовкой как многоэлементных активных систем с сильными горизонтальными связями. ВОМ-вариантообъединяющие механизмы; МВС/ВОМ - класс многовариантных структур, средств, систем с явным непосредственным включением в них ва-риантообъединяющих (структурно и критериально) механизмов. ВС - активные вариантные системы ; ВАЗ - вариантные активные элементы как таковые и в составе ВС; МкАС (MAC) - многоканальные активные системы как подкласс МвАС; МИОС - многовариантные имитационные (с игровыми элементами) обучающие системы; ВПР - восстановительно-прогнозирующее регулирование; НММ - натурно-математическое моделирование на базе действующих реальных объектов в сопряжении с приобъектно-пересчетными моделями (ПМ). Активность понимается в аспекте собственных целей и возможностей каждой вариантной системы, а многовариантность - в аспекте структурного взаимосовмещения и управляемого взаимодействия совокупности активных ВС. Трактуемый в широком смысле ВОМ выполняет управленческие критериально-интегративные функции (многосвязное оценивание и интегративное стимулирование при оперативном управлении взаимодействием ВС) и структурно-интегративные функции (структурная организация, структурное управление, структурная адаптация) совместно со всеми функциональными и обеспечивающими подсистемами МвАС. Термин "Автоматизированный" трактуется в основном как активный человеко-машинный, с главенствующей ролью многовариантной активности и подготовки человека (коллектива людей).

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Жизненная необходимость плодотворного гибкого ин-тегративного разнообразия во всех сферах деятельности предопределила ориентацию работы на взаимообогащение теории активных систем и так называемой вариантники - теории и практики многовариантных структур, средств, систем и в общем многовариантных формирований различного содержания и назначения.

В своей работе ориентировались в основном на эвристическую нестрогую теорию и практику натурного и натурно-модельного подходов.

Соответствующие разработки и реализации в классе многовариантных активных систем (МвАС) необходимы для: 1). Общего понимания преимуществ гибкого штегративно-вариантного разнообразия по сравнению с разъединённо-вариантным и альтернативно-вариантным разнообразием, а также с безвариантным однообразием. 2). Коренного обновления социальных, экономических, технических систем с приоритетом гибкого интегративно-ва-риантного разнообразия, вариантообъединяющих механизмов (ВОМ) со всеми видами их обеспечения, особенно в плане преодоления губительной разобщённости в нашем отечестве. 3). Конструктивной интеграции учебной, научной и производственной (предпринимательской) деятельности с её структурированием на основе многовариантных систем. 4). Эффективного использования средств информатики и автоматизации в обучающих, производственных и производственно-исследовательских системах. 5). Повышения конкурентоспособности в широком смысле с наращиванием и извлечением богатых ресурсов интегративно-вариантного разнообразия, имея в виду и новую информационную продукцию типа многовариантных оргмеханизмов, многовариантных алгоритмов и технологий.

По своей сути концепция многовариантных активных систем ориентирована именно на интегративную (интеграционную) активность и многовариантность со всесторонним целеустремлением и стимулированием общей деятельности вариантных активных систем (вариантных активных элементов), обеспечивая их эффективное взаимосовмещение и взаимодействие. Такого рода двуединство активности и многовариантности, опирающееся на достиже-

ния теории активных систем и вариантники, качественно отличает многовариантные активные системы от других классов активных систем и многовариантных формирований. Конкретными типами (подклассами) их служат многоканальные активные системы, многовариантные игровые обучающие системы, имитационные обучающие системы с многовариантной структурой, организационные подсистемы производственно-исследовательских автоматизированных комплексов с многовариантной структурой, обобщенная многовариантная система с организуемым взаимодействием параллельно функционирующих вариантных активных систем.

Во всех многовариантных активных системах ключевая роль отводится интегративным вариантообъединяющим механизмам в комплексе с функциональными и обеспечивающими подсистемами, на что в основном и нацелена настоящая работа с конкретизацией задач их анализа, синтеза и реализации.

Как уже было отмечено, в большинстве трудов по теории и практике активных систем главное внимание уделялось вертикальным межуровневым взаимоотношениям функционально разных подсистем, таких как организационный центр и подчиненный ему частично управляемый активный элемент с собственными целями и возможностями. Проблематика же многовариантных активных систем сконцентрирована главным образом вокруг горизонтальных внутриуровневых взаимоотношений функционально аналогичных вариантных активных элементов, входящих в состав более широко трактуемых активных вариантных систем, с комплексом функциональных и обеспечивающих вариантных подсистем. Объединение вариантных систем достигается посредством вариантообъединяющих структурных решений в целом или по отдельным функциональным и обеспечивающим вариантным подсистемам, а также посредством критериально управляемых межвариантных взаимодействий.

Специально сошлемся, что строгим теоретическим исследованиям таких систем на примере базовых математических схем многоканальных активных систем посвящены труды в авторском коллективе: Бурков В. Н., Опойцев В. И., Авдеев В. П., Еналеев А. К., Пинтов А. В. В настоящей работе соответствующие результаты использованы для дополнительного подкрепления натурно-модельных и натурных задач анализа качества и устойчивости функционирования многовариантных активных систем различного содержания и назначения.

Основой доказательства научной адекватности и практической полезности развиваемого МвАС-направления является активностная конкретика, т.е. детальная проработка и реализация решений на стыке теории активных систем и вариантники с ведущей ролью многовариантного человеческого фактора.

Настоящая работа выполнена по плану согласно госбюджетным и хоздоговорным темам: 1). Создание и совершенствование комплекса автоматизированных систем управления Кузметкомбината; 2). Развитие и применение теории активных систем; 3).Целевая программа Минвуза РСФСР "Социально-экономические проблемы научно-технического прогресса Кузбасса"; 4). Единый заказ-наряд Минобразования РФ по разделам: "Технология системной многовариантности непрерывного образования (1997-2000 г.г.)", "Многовариантное профессиональное типирование личности и коллективов (1997-1999 г.г.)", "Многовариантные технологии и системы в непрерывном образовании (1993-1995 г.г.)", "Метод натурно-математического моделирования (НММ) в задачах исследования и развития действующих автоматизированных систем (1995 - 1999 г.г.)", а также в плане развития общего научно-прикладного направления "Вариантника".

Целью диссертационной работы является:

1. На основе известных трудов по активным системам и по многовариантным структурам, средствам, системам определить концепцию многовариантных активных систем (МвАС-концепцию), включая направляющие содержательные представления и понятия.

2. Сформулировать и решить типовые задачи натурно-модельного анализа и синтеза многовариантных активных систем с выделением структурного и критериального вариантообъединяющего механизма в комплексе с обеспечивающими и функциональными подсистемами для учебной, производственной и производственно-исследовательской деятельности.

3. Получить практические результаты и обобщить накопленный опыт по типовым и детально конкретизированным многовариантным активным системам применительно к объектам черной металлургии.

Основы выполнения работы. Проведенные теоретические и прикладные исследования базируются на концепции системной многовариантности, теории активных систем в связи с учебной, научной и инженерной деятельностью; аппарате теории управления в организационно-экономических и технических

системах; методах и алгоритмах многовариантного анализа данных; натурно-математическом моделировании.

Научная новизна заключается в развитии нового для теории активных систем направления - "Многовариантные активные системы", в рамках которого получены следующие научные результаты:

- сформулирована МвАС-концепция, которая позволила объединить и взаи-мообогатить теорию и практику активных систем и вариантнику - теорию и практику многовариантных формирований;

- разработаны базовые структуры многовариантной активной системы канального, приобъектного, рекурсивного и других типов в отдельности и в комбинациях друг с другом;

- в рамках концепции многовариантных активных систем по-новому поставлены и решены типовые задачи натурно-модельного анализа и синтеза МвАС для разнообразных объектов, в том числе человека, человеко-технического комплекса (вместе с АСУТП и АСУП) как многовариантной активной системы и технического процесса как многовариантной структуры по зависимостям между его входными, внутренними и выходными величинами, включая: 1) задачу натурно-математического моделирования; 2) задачу восстановительно-прогнозирующего управления и регулирования; 3) задачу многовариантного типирования интеллекта с гибкой профориентацией и адаптацией обучения; 4) задачу многосвязного оценивания и интегративного стимулирования.

Практическая ценность и реализация результатов. Плодотворность методического и алгоритмического объединения теории активных систем с вариантникой обусловлена перспективами всей учебно-научно-производственной деятельности и подкреплена полученными результатами. Большая часть сделанных разработок имеет прямой выход на конкретную деятельность, особенно по созданию и совершенствованию многовариантных активных систем учебного и производственно-исследовательского назначения. В учебном процессе реализована автоматизированная технология адаптации обучения с комплексной профориентацией, а также конкретизированные многовариантные имитационные (с игровыми) обучающие системы.

Многовариантные активные системы "Расчет шихты" и "Плавка стали" для мартеновского, электропечного и конвертерного процессов разрабатывались, испытывались, совершенствовались и затем были внедрены совместно с лабораторией активных систем Института проблем управления РАН и

службами автоматизации Кузнецкого и Западно-Сибирского металлургических комбинатов.

В познавательном плане создана многовариантная активная система исследований, которая предназначена для комплексного анализа данных, непрерывного обновления баз данных, идентификации зависимостей и адаптации технологических инструкций с конкретизацией для организационно-технологического комплекса "Сталь-прокат".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 54 конференциях и семинарах, включая: Международные семинары по ИСУ в черной металлургии (Липецк, 1975; Днепропетровск, 1980); 16-ый семинар ИФАК/ИСАГА по деловым играм (Алма-Ата, 1985); Международную конференцию по проблемам фундаментальных наук (Москва, 1991); Конференцию Восток-Запад по новым информационным технологиям в образовании (Москва, 1992); Всесоюзные совещания по проблемам управления (Алма-Ата, 1986; Ташкент, 1989); Всесоюзные и Международные семинары по управлению большими системами (Тбилиси, 1976; Алма-Ата, 1983; Вильнюс, 1988; Москва, 1997); Международную конференцию Пражского Экономического института по деловым играм (Прага, 1986); Всесоюзную конференц