• Процесс и структура системы. Производственные системы можно изучать в процессе инженеринга только при наличии моделей процесса и структуры управления.
Процесс производственной системы моделируется как некоторая совокупность целесообразных элементарных преобразований ресурса – элементарных процессов производства продукта производственной системы. Все эти преобразования моделируются, как функции времени.
Процесс производственной системы – это то, с помощью чего производственная система реализуется во времени. Модели производственного процесса – временные модели.
Структура производственной системы моделируется как некоторая совокупность элементов производства (людей, машин, аппаратов, оборудования, автоматизированных рабочих мест), внутри каждого из которых локализовано протекание определенного элементарного процесса производственной системы. Все эти элементы производственной системы имеют «привязку» к определенному месту в пространстве (вода, воздух, земля, космическое пространство).
Структура производственной системы – это то, с помощью чего производственная система реализуется в пространстве. Модели производственной структуры – пространственные модели.
• Для моделирования процессов и структур систем часто используется принцип «черного ящика», согласно которому для предсказания поведения системы (или ее подсистемы) не обязательно точно знать, как именно устроены ее процесс и структура. Этот принцип широко применяется при моделировании таких больших систем, как производственные системы, на основе анализа характеристик информации о входных и выходных потоках и ресурсов системы.
Для моделирования производственных процессов используются машинные модели двух видов: аналоговые и дискретные.
Аналоговые модели – это, как правило, модели процессов систем в виде обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, решаемые на аналоговых и цифровых вычислительных машинах.
Дискретные модели, т.е. модели с развитой системой логических переходов и условий, описываемой с помощью аппарата дискретной математики (математическая логика и теория алгоритмов, теория языков и языковых процессоров, алгебраические системы и др.), решаются с помощью цифровых вычислительных машин.
Существуют также модели процессов систем, ориентированные на решение с помощью аналогово-цифровых комплексов. В большинстве случаев модели процессов производственной системы являются непрерывно-дискретными.
Для решения задач моделирования производственных процессов в процессе инженеринга эффективными являются имитирующие модели. Для этих моделей не ставится задача наибольшего соответствия структуры модели структуре моделируемого процесса. Основная задача – наиболее достоверное воспроизведение реакции моделируемой системы на внешние, в том числе и на входные воздействия в виде изменений характеристик преобразуемого системой ресурса. Подбор совокупности операторов преобразования входной информации в выходную информацию производится с помощью статистических математических методов.
Модель процесса структурируется в виде блоков в соответствии с достоверными представлениями о структуре производственной системы. Каждый блок модели имитирует поведение определенной системы, являющейся подсистемой исследуемой производственной системы. Имитирующие модели позволяют корректировать набор операторов преобразования в соответствии с текущим поведением моделируемой системы, создавать имитационные и деловые игры для принятия решений по проектированию, управлению, развитию производственных систем.
Процессы в производственной системыах часто моделируются с помощью «неформальных» графических моделей. Графические модели позволяют наглядно изобразить в виде схем, графиков, других простых и сложных графических конструкций частные и общие качественные и количественные характеристики моделей производственной системы. Неформальные модели являются, как правило, этапом, предшествующим построению формальных математических, экономических и экономико-математических моделей производственной системы.
Формальные математические модели производственных процессов могут быть дифференциальными (в форме дифференциальных уравнений), логическими (в форме уравнений математической логики), теоретико-множественными, алгебраическими (в форме алгебраических уравнений и систем), графовыми (в форме ориентированных и неориентированных графов), комбинаторными (в виде моделей размещения объектов в соответствии со специальными правилами), смешанными.
Модели производственных процессов и систем могут быть стохастическими и детерминированными, т.е. учитывающими (в первом случае) и не учитывающими (в другом случае) случайный характер изменений характеристик производственных процессов и преобразуемых системой ресурсов.
Для построения стохастических моделей процессов систем используют специальные методы моделирования процессов и структур, основанные на аппарате теории вероятностей, математической статистики, теории размытых множеств. Здесь стохастические модели не рассматриваются, хотя эти модели могут эффективно использоваться системной технологией инженеринга производственной системы.
• Процессы и структуры производственной системы можно моделировать для целей инженеринга с использованием функционального, морфологического и информационного подходов.
Функциональный подход используется для описания процесса производственной системы. Модель процесса производственной системы представляется в виде совокупности функций, преобразующих поступающие ресурсы в конечный результат функционирования производственной системы – знание, товар, услугу, проект, программу, политику. Конечный результат и входные ресурсы управления представляются в виде функций времени. В каждый данный момент времени состояние производственной системы описывается совокупностью информации о характеристиках входных ресурсов и выходных результатов. Функциональная модель предсказывает изменения состояния процесса производственной системы во времени.
Морфологический подход предназначен для моделирования структуры производственной системы, структур ее подсистем. При этом выделяют элементы системы и транспортно-складские связи между ними, предназначенные для обеспечения взаимодействий: информационные, энергетические, материальные и др.
Информационный подход позволяет создать модель преобразования информационного ресурса производства, как для любого элемента и для части системы, так и для преобразования, проводимого производственной системой в целом. Информационный подход позволяет создать информационную модель производственной системы, дающую интегральное описание системы, независимо от ее природы и природы преобразуемых ресурсов.
• Система-субъект управления производством. На всем протяжении жизненного цикла производственной системы ее развитие и взаимоотношения с внешней средой – предмет деятельности системы-субъекта управления производством. При этом система-субъект производственной системы должна обеспечивать достижение системной цели производства. Во-первых, это достижение миссионерской цели производства в интересах внешней среды. И, во-вторых, как известно из предыдущего изложения, комплекс «системная цель» содержит в себе и собственную цель выживания, сохранения и развития производственной системы. К модели системы-субъекта, которая существенно видоизменяется в течение жизненного цикла производственной системы, с позиций метода системной технологии предъявляются определенные требования.
На начальных фазах концептуальной стадии создаваемой производственной системы система-субъект выполняет по отношению к ней аналитические и исследовательские функции. Эти функции связаны с анализом потребностей и возможностей внешней среды в создании данной системы. Система-субъект может представлять собой аналитическую группу, исследовательский коллектив. На последующих фазах концептуальной стадии, если принято решение о создании данной производственной системы, система-субъект выполняет разработку проекта производственной системы. Модель системы-субъекта дополняется моделью проектного коллектива и группы управления проектом. Функции системы-субъекта производственной системы на этой стадии заключается в согласовании проекта с представителями внешней среды по вопросам экологии, экономики, социологии и др., а также в составлении планов реализации проекта производственной системы.
