9. Модельный блок организационных функций диспетчера информационной системы

В качестве примера имитационного модельного блока, переходящего границы задач первоначальной формализации, является модель организационных функций диспетчера информационной системы, выполненная в терминологии теории массового обслуживания. Указанная модель позволяет не только ввести и содержательно интерпретировать ряд переменных, носящих социально-психологический характер, по и представить ее в качестве модельного операционного блока комплексной имитационной модели групповой деятельности операторов АСУ.

Рассмотрим некоторую автоматизированную систему управления, обслуживаемую группой операторов, действия которых координируются в свою очередь диспетчером системы.

В систему как составные части входят:

- объект контроля и управления;

- индивидуальные средства отображения информации исполнителей (алфавитно-цифровые дисплеи и информационные панели);

- индивидуальная функциональная клавиатура операторов, предназначенная для введения в систему команд и чисел;

- средства отображения диспетчера (алфавитно-цифровой дисплей и информационная панель);

- функциональная клавиатура диспетчера;

- комплекс информационно-командных связей (оператор - система, оператор - оператор; оператор - диспетчер, диспетчер - система, объект - система);

Не рассматривая в целом задачи системы и режимы ее работы, выделим и охарактеризуем подсистему, состоящую из группы операторов, на средства отображения которых поступает информация о различных ситуациях на объекте, и диспетчера, осуществляющего через свои средства отображения и функциональную клавиатуру контроль общего состояния объекта, системы и действий группы операторов.

Каждый оператор подсистемы в нормальных условиях работы выполняет формализованный набор действий-операций, предусматривающий считывание ситуации с индивидуальных средств отображения, сравнение текущей ситуации с набором эталонов, определение типа ситуации, определение необходимого типа и величины воздействия, ввод воздействия в систему и информирование диспетчера о ситуации и воздействии.

Если любой из операторов встречается с ситуацией, тип которой не внесен в список эталонов, он имеет право обратиться к диспетчеру (через соответствующие технические устройства) с целью:

- запросить дополнительную информацию от диспетчера, которую он сам получить не имеет возможности;

- информировать диспетчера о возникающих сложностях при оценке ситуации или принятии решения и т. д.

Кроме этого, в процессе работы оператор имеет возможности:

- сообщить диспетчеру о возникшей перегрузке;

- информировать его о сбоях и отказах технических средств;

- о своем самочувствии и т. д.

Задачи в контуре управления подчиненным коллективом (организационные задачи) диспетчер решает двумя методами, а именно:

- действуя в соответствии с хорошо разработанными принципами деятельности руководителя традиционных малых производственных групп;

- непосредственно воздействуя на коллектив через имеющиеся технические средства в процессе решения основной задачи.

В рассматриваемой подсистеме второй метод является основным, поскольку определяет те реальные формы реализации диспетчером организационных функций, которыми он объективно располагает.

Действительно, руководство деятельностью подчиненного коллектива, осуществление координации внутри коллектива, контроль исполнения с постановкой дополнительных задач, маневрирование резервами, оценка итогов решения различных задач и т. п. проходят параллельно с основной технологической деятельностью диспетчера при отсутствии непосредственных ("человеческих") форм связи с подчиненными операторами [21].

Специфические формы реализации организационных функций в этих условиях определяются следующими возможностями диспетчера:

- неофициальным контролем действия любого оператора;

- блокированием необоснованных вызовов "назойливых" операторов;

- разгрузкой "неуверенных" или слабо подготовленных операторов;

- оперативным перераспределением задач или их частей между операторами;

- выключением оператора из процесса работы;

- возможностью информирования операторов через индивидуальные средства отображения об общей или персональной эффективности их действий;

- явной или неявной оперативной коррекцией ошибочных действий операторов и т. д.

Необходимо отметить, что процесс реализации организационных функций в рассматриваемой подсистеме характеризуется, с одной стороны, "мгновенным" характером реализации принятых диспетчером решений и, с другой стороны - высокой ценой его ошибочных действий.

При неопределенности условий, в которых дана цель действий диспетчера, отсутствии алгоритма достижения цели, неопределенности критериев, характеризующих выбор способа действий, возможность формализации организационной деятельности диспетчера крайне затруднена [26J.

Анализ процесса функционирования подсистем рассматриваемого типа показывает, что сложность ситуации резко увеличивается в случаях выхода системы из нормального режима функционирования, а именно, при аварийных ситуациях на "объекте", отказах технических средств системы, неудовлетворительном физиологическом или психическом состоянии операторов, нарушении нормальной системы внутригрупповых отношений и т. д. [19].

В таких случаях ставится под сомнение не только возможность выполнения диспетчером комплекса организационных функций, но и получение приемлемого решения основной технологической задачи.

Как следует из анализа информационно-командных связей подсистемы "диспетчер - оператор" и условий ее функционирования, жизнедеятельность подсистемы связана с наличием непрерывной потребности в определенном виде обслуживания запросов операторов, поступающих к диспетчеру в неопределенные моменты времени и с неопределенной частотой. Очевидно, что одной из основных задач диспетчера является удовлетворение поступающих запросов с точки зрения оптимизации деятельности коллектива операторов, направленной на эффективное решение задачи системой в целом. Иными словами, речь идет об организации оптимального обслуживания в подсистеме, имеющей вероятностные характеристики входных и выходных процессов, параметров самого обслуживания, величин потерь и т. д. Задачи такого рода решаются методами теории массового обслуживания (ТМО), поэтому формальное описание рассматриваемой подсистемы проведем, используя терминологию теории.

Необходимо отметить, что аппарат ТМО неоднократно эффективно использовался при исследовании систем "человек - машина" [2, 3, 16, 17], однако, как правило, в таких исследованиях рассматривались подсистемы типа "машина - группа операторов", "группа технических средств - оператор", "группа технических средств - группа операторов". В нашем случае подсистема отличается от ранее рассматриваемых, так как имеет схему "группа операторов - технические средства - диспетчер". Существует, как отмечалось, и существенное отличие предмета исследования. Если в традиционных схемах изучались вопросы деятельности человека в основном контуре управления "объектом", то в рассматриваемом случае предметом изучения является деятельность человека в социотехническом контуре управления, определяющая в свою очередь эффективность управления в основном контуре.

При этом задача ставится применительно к специфическим способам реализации организационных функций руководителя (диспетчера).

Выше указывалось, что каждый оператор имеет возможность сформировать вызов и передать его через свою функциональную клавиатуру диспетчеру системы. Вызов в качестве требования на обслуживание индицируется на средствах отображения диспетчера. В соответствии с принятыми в ТМО допущениями суммарный поток требований от всех операторов к диспетчеру можно считать близким к пуассоновскому с интенсивностью а. Будем считать, что каждое требование в той или иной форме содержит в себе информацию о причине обращения к диспетчеру. Учитывая случайный характер как момента генерации требования, так и причины его возникновения, можно ввести понятие вероятности направления требования α на определенный вид обслуживания Рα

Здесь α - элемент конечного множества видов обслуживания Ω.

Под видами обслуживания будем понимать (в соответствии с причинами обращения операторов) законченные простые действия-операции диспетчера, например, подтверждение вызова, формулировку запроса к ЭВМ на дополнительную информацию, передачу дополнительной информации оператору, просмотр загрузки отдельного оператора, контроль решения отдельного оператора и т. д.

Крайне важным является учет в подсистеме критических ситуаций работы, когда оператор формирует повторное или новое требование на обслуживание, не дождавшись обслуживания по предыдущему требованию. В этом случае на виде обслуживания α может образоваться в рассматриваемый момент времени очередь длиной l_α (без учета обслуживаемого требования, если оно имеется). В каждый момент времени очередь в системе характеризуется вектором

Длина очереди у каждого вида обслуживания не ограничивается.

Естественным является предположение, что полное обслуживание запроса может потребовать выполнения диспетчером нескольких законченных операций (видов обслуживания). В этом случае требование, обслуженное на α, может направляться в очередь нового вида обслуживания β с вероятностью

для любых α, β ∈ Ω, a с вероятностью

выходить из системы после конца обслуживания.

Длительность обслуживания на α определяется функцией распределения B_α(t), на вид которой не накладывается каких-либо ограничений. Добавим, что длительности обслуживания по видам предполагаются независимыми между собой и от входящего потока требований.

Таким образом, интересующая нас задача оптимизации организационных функций диспетчера в рассматриваемой подсистеме сводится к определению порядка обслуживания требований в ситуации описываемой ТМО. Иными словами, необходимо найти правило, позволяющее диспетчеру по состоянию системы в каждый момент времени определить, какое из требований и на каком виде обслуживания необходимо удовлетворить.

В текущий момент времени выбор очередного вида обслуживания должен определяться вектором l∈L, оставшихся в системе требований. Отметим, что l характеризует не только суммарную длину очереди, по и распределение требований по видам обслуживания, т. е. характер и интенсивность причин обращения операторов к диспетчеру. Вектор l, таким образом, является интегральной характеристикой текущего состояния коллектива операторов, с одной стороны (информационная нагрузка, сосредоточенность, слаженность и т. д.), и качества текущих действий диспетчера, с другой стороны.

Введем функцию u=u(l), u(l)∈U, которую назовем функцией переключения видов обслуживания. При количестве требований, оставшихся в системе l(l ≠0), обслуживание должно продолжаться, начиная с вида α=u(l).

Все указанное выше позволяет определить исследуемую подсистему как систему массового обслуживания, заданную следующими параметрами:

Наличие очереди на виды обслуживания в системе предполагает и наличие определенных потерь. Очевидно, что потери будут определяться:

- стоимостью задержек при принятии решения и его реализации операторами системы, т. е. потерями в основном контуре управления "объектом";

- понижением эффективности действий (в текущий и последующие моменты времени) как каждого отдельного оператора, так и всей группы в целом за счет несоответствия между необходимым уровнем действий операторов и реально возможным, т. е. за счет снижения уровня положительной мотивации.

Действительно, невозможность успешно и в заданное время решить текущую задачу может приводить к снижению мотива достижения цели; факт (или предположение о нем) понижения личного уровня эффективности относительно эффективности действий других операторов - к снижению мотива соревнования; не зависящая от оператора возможность успешно конкурировать с другими операторами - к снижению мотива престижа. Во всех случаях потери будут зависеть от времени ожидания требований в очереди и от тех конкретных видов обслуживания, которых требования ожидают. Обозначим через Сα стоимость ожидания (за единицу времени) обслуживания вида α.

Можно показать, что средние потери J_T за время Т равны:

Средние же потери за единицу времени J в стационарном режиме запишем как J (С, l), где l={lα, α∈Ω} и lα - математическое ожидание длины очереди у вида обслуживания а в стационарном режиме.

Потери J очевидным образом определяются выбранным порядком обслуживания в системе, т. е. функцией и u∈U, поэтому можно записать, что J=J(u).

Нас интересует, существует ли и при каких условиях оптимальная функция переключения u^*∈U такая, что

Если u^* в рассматриваемой системе существует, то для каждого исследователя представляет безусловный интерес ее структура.

Указанная задача была решена Г8] для описанной системы массового обслуживания как системы с разделением времени (последовательная реализация видов обслуживания).

При выполнении условий:

- эргодичности;

- конечности первых двух моментов деятельности обслуживания на любом виде обслуживания;

- положительной вероятности выхода требования из системы после выполнения конечного числа видов обслуживания;

было показано, что оптимальная функция переключения существует.

Для осуществления оптимального обслуживания u^*∈U необходимо и достаточно, чтобы при 1≤i≤j≤s каждая фаза из Ω^*_j имела преимущество по отношению к любой фазе из Ω^*_i.

При этом считается, что фаза α∈Ω имеет преимущество (или более высокий приоритет) по отношению к фазе β∈Ω, если в любой момент начала обслуживания требования на виде β число требований на виде обслуживания α равно нулю.

Алгоритмически процедура включения описанного модельного блока в структуру комплексной имитационной модели сводится к разбиению на каждом шаге анализа множества заявок обслуживания, находящихся в очереди, на подмножества Ω_i.

Здесь

Среднее суммарное время обслуживания γ(Ω_i) TPe~ бования начиная с фазы i до первого выхода из множества фаз Ω_i определяется, как решение матричного уравнения (I-Р)γ=β, где I - единичная матрица, Р - матрица исходных вероятностей Р_αβ, β - вектор первых моментов времени обслуживания требований из Ω_i.

Очередному обслуживанию в оптимальном случае подлежит требование в ближайшем подмножестве (в сторону понижения номеров) с ненулевой очередью.

Решение формальной модели рассматриваемой информационной системы позволяет в рамках более общей схемы имитационной модели минимизировать потери, которым может быть придан временной, экономический смысл или смысл эффективности действий группы диспетчеров по параметру организационных функций диспетчера. Записывая потери С_α как функционал от параметров и условий деятельности, а среднее время обслуживания γ_α как функцию структуры простых операций, правомерно ставить задачу поиска оптимальных операционных структур и условий их реализации в реальных АСУ.