Структуризация информационных процессов в технологических системах




Скачать 162.07 Kb.
НазваниеСтруктуризация информационных процессов в технологических системах
Дата публикации25.04.2013
Размер162.07 Kb.
ТипАнализ
uchebilka.ru > Информатика > Анализ

УДК 629.1



СТРУКТУРИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Луцкий С.В. (ХНАДУ, к.т.н.,докторант,Харьков)

Введение.

Окружающий мир представляет собой совокупность взаимосвязанных биологических, технических, социально-экономических и других систем, в основе функционирования которых лежат информационные процессы. Информация представляет собой характеристику всеобщего свойства «отражения» материального мира, определяющая направленность движения энергии и вещества. Информация как ресурс наряду энергетическими и материальными ресурсами занимает ключевое место в процессе развития техносферы, неотъемлемой части экосистемы. Исследование структуризации информационных процессов проходящих в технологических системах является актуальной научной проблемой требующей своего решения.

^ Анализ последних достижений и публикаций.

Понятие информации относится к основным понятиям науки об управлении и тесно связано с такими понятиями как «информационный процесс» и «информационная система». Начало пониманию сущности информации как всеобщего свойства материи было положено Н.Винером в его монографии «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», изданной в 1948 году. Н.Винер использовал для названия новой науки термин, предложенный еще Ампером в его классификации наук. Ампер, как известно, предлагал назвать кибернетикой науку об управлении государством.

Огромное значение для понимания сущности информации имели работы английского биолога-философа У.Эшби. Однако математика предложенная Н.Винером и К.Шенноном для измерения количества информации заслонила от ученых физику информации, о которой говорил У.Эшби и Н.Винер. Выяснение сущности понятия «информация» известными физиками Э.Шредингером и Л.Брюэлем только усугубило проблему, информацию стали противопоставлять энтропии энергии, т.к. математическое выражение для измерения количества информации Винера-Шеннона по форме совпало с математическим выражением энтропии энергии Больцмана-Планка.

Такой подход принципиально изменил понятие информации. Под информацией теперь стали понимать не любые сообщения, передаваемые в системе связи, а лишь те, которые уменьшают неопределенность у получателя информации, и чем больше уменьшается эта неопределенность, т.е. чем больше снижается энтропия сообщения, тем выше информативность поступившего сообщения. Однако количественная мера информации Н.Винера и энтропия К.Шеннона не измеряют саму информацию в ее смысловом или физическом виде, а лишь характеризуют используемую для передачи по каналам связи систему кодирования этой информации, алфавит для ее передачи.

Впервые количественную меру информации о физическом содержании события предложил в 1928 году американский ученный Р.Хартли. Измерить количество информации по Хартли – это значит пересчитать количество возможностей, одна из которых реализуется в данный момент, и затем взять логарифм от этого количества. Такое понимание меры информации отвечает физическому содержанию события и дает ей информационную характеристику.

Выясняя природу информации, подавляющее большинство философов связывают ее с всеобщим свойством материи, свойством по существу родственным с ощущением, свойством «отражения». Отображение есть свойство всей материи, любой материальной системы. Оно проявляется в различных формах в зависимости от сложности и уровня развития материальной системы. Отражение – это результат воздействия одной материальной системы на другую; это воспроизведение в иной форме изменений (особенностей) одной системы в изменениях (особенностях) другой [1]. Отражение можно рассматривать как модель отображаемой системы в окружающем внешнем мире. Процесс отражения и все формы отражения возникают при взаимодействии объектов материального мира. Вне взаимодействия процесс отражения не существует и отражение не возникает. Наиболее простые формы отражения являются процессы отражения в неорганической природе. Здесь различают механические, физические и химические взаимодействия. С возникновением жизни появляются новые формы отражения – физиологическое, психическое. Они характеризуются активностью отображения, избирательностью. С развитием материи происходит усложнение форм отражения на иерархических уровнях мироздания. Появляются такие формы отражения, как раздражимость, ощущение, восприятие, представление и, наконец, мышление. Высшая форма отражения – социальная. К ней относятся целесообразность, опережающий характер, избирательность, активность.

В процессе отражения можно выделить три момента:

1) внешнее воздействие отображаемого на отображающее;

2) внутреннее изменение процесса в отражающем, в соответствии с особенностями отражаемого, есть след – отражение;

3) внешнее ответное действие отражающего – ответная реакция, зависящая от условий отражения среды специфики отражающего.

Отражение – специфическая сторона взаимодействия, связанная с его результатом. Однако, отражение не отождествляется с общим результатом взаимодействия, а только с той его частью, в которой проявляется воспроизведение особенности отражаемого.

В настоящее время существуют два подхода к определению информации. Один подход – философско-методологический. Согласно этому подходу, называемому атрибутивным, информация наличествует во всех материальных системах. Неорганической природе тоже присуще универсальное свойство отражения, а везде, где есть отражение, имеет место и передача информации. Сторонники другого подхода – функционального или кибернетического – считают, что информация свойственна лишь обществу, живым существам и кибернетическим устройствам. При этом информацию связывают с существованием способности отражать внешний мир, которая помогает живому организму адаптироваться к изменяющимся внешним условиям, самообучаться образовывать сложные сообщества, вплоть до человеческого общества.

Имеется множество определений понятия информации от наиболее общего философского (информация есть отражение реального мира), до наиболее узкого практического (информация есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования).

При всех различных трактовках понятия информации, бесспорно то, что проявляется информация в вещественно-энергетической форме в виде сигнала. Сигнал (от латинского знак), знак - физический процесс (или явление), несущий сообщение (информацию) о каком либо событии, состоянии объекта наблюдения, либо передающий команды управления, указания, оповещения [2].

При функциональном подходе к анализу развития систем, сигналом называют лишь те явления, тот процесс внешнего мира который способен изменять внутреннюю модель некоторой самоорганизующейся системы.

То есть, для одной и той же самоорганизующейся системы различные физические явления внешнего мира могут, являться сигналами или нет в зависимости от того, способны ли они изменять внутреннюю модель системы. Одно и то же явление для разных самоорганизующихся систем может быть или не быть сигналом.

Таким образом, функциональный подход предусматривает наличие в самоорганизующейся системе особого вида отражающей подсистемы – информационной системы, которая сотоит в своей основе из подсистем: знаний, наблюдения, моделирования, алгоритмов обработки, прикладних программ , обработки данных, результатной информации. Важнейшей способностью самоорганизующейся системы является возможность изменяться под воздействием некоторых факторов внешнего мира, которые значимы для данной самоорганизующейся системы. Именно в этом суть выделения сигналов самоорганизующейся системой..

^ Цель и постановка задачи.

Исследование структуризации информационных процессов в технологических системах.

^ Структуризация информационных процессов в технологических системах.

Классический подход к анализу «процесса», как последовательной смене явлений, состояний в развитии чего-нибудь, предусматривает построение математического понятия системы, используя три процесса: вход U, выход Y и процесс X в пространстве состояний. Для математического задания процесса необходимо выделить множество его значений и упорядоченное множество, фиксирующее, в какой последовательности эти значения реализуются. Часто упорядоченное множество трактуется как время, и тогда говорят о процессах протекающих во времени. Упорядоченное множество для всех трех процессов считают одним и тем же и называют множеством моментов времени Т. Упорядоченное множество, может иметь и иную трактовку.

Каждая конкретная система характеризуется своим множеством входов u(t)U , множеством всех реакций системы, т.е. множество всех выходов y(t) Y, а также множеством состояний x(t) X. Конкретный выход y(t) в каждый момент t полностью определяется состоянием и только состоянием системы в этот момент t, при этом выполняется соотношение

y(t)= η(t, x(t)), t T. (1)
Отсутствие зависимости выхода у в момент t от u(t) можно интерпретировать как невозможность за бесконечно малое время, изменяя входное воздействие, вызвать изменение выхода системы. Отображение η называется отображением выхода или функцией наблюдения.

Необходимо отметить, что в каждый момент t система находится в определенном состоянии x(t), причем состояния в моменты t однозначно определяются состоянием в момент t и отрезком входа u( τ , t ) . В этом отражается принцип детерминизма (определенности) в поведении системы. При формализации этого обстоятельства устанавливается существование семейства отображений σ – переходных отображений, при этом выполняется соотношение

x(t)= σ(t ,τ, x(τ,t), u(τ,t)), τ T, tT, τ<t. (2)
Требование, которому должно удовлетворять переходное отображение, состоит в том, чтобы равенство (2) выполнялось тождественно при всех tТ, xХ, и uU, т.е. за промежуток времени нулевой длины система не может перейти в другое состояние (или в один и тот же момент времени система не может находиться в двух различных состояниях).

Таким образом, систему порождающую процессы из ^ Y, можно определить как тройку { σ, Х, η }. Эта тройка является выражением закона поведения системы, является порождающим ее началом.

Приведенное понятие системы введено Р.Калманом [3]. Более традиционным является определение системы путем задания соотношений, описывающих переходные отображения σ.

В информационном процессе как и при отображении, участвуют два объекта (системы). Отличительной особенностью информационного процесса от процесса отображения является то, что процесс отображения симметричен, а информационный процесс несимметричен, а односторонне направленный.

Причинно следственная цепочка информационного процесса, представляет собой последовательность состояний Хи Х систем А и В, находящихся во взаимодействии.














Рис.1



С учетом выходных, переходных, а также отображений согласования взаимодействие между системами А и В можно описать кортежем множеств

(3)

где: UA, UB, XA, XB, Ya, YB – входы, выходы, состояния систем А и В,

ηA, ηB, σA, σB – выходные и переходные отображения систем А и В,

θ - отображение согласования систем А и В.

Можно предположить, что информационный процесс передачи информации от сис-

темы А к системе В, представляет собой передачу информации, которым обладает мно-

жество состояний системы А.

В последние годы появились научные результаты, обусловленные развитием прикладных направлений квантовой механики: теории декогенерации, теории запутанных состояний, квантовой теории информации [4]. Поскольку квантово-механическое описание является на данный момент наиболее полным из всех других известных описаний физической реальности, выводы, полученные в квантовой теории информации, имеют фундаментальное значение и формируют современную концепцию естествознания в целом.

Согласно квантовой теории в пространстве состояний (гильбертовом пространстве) с максимальной размеренностью (универсум – единственная система, которая является по настоящему замкнутая) – классических корреляций нет, но они могут быть между подсистемами в пространстве состояний меньшей размерности, чем размерность всей системы. Фундаментальность новых для науки физических процессов обусловлена тем, что в универсуме, каждая подсистема имеет «полное» знание (максимальную информацию в случае максимально запутанного состояния) обо всех остальных частях системы, т.е. о системе в целом, и это является неотъемлемым свойством любого элемента реальности.

Размерность каждого конкретного пространства состояний определяется в свою очередь тем энергетическим интервалом, в пределах которого реализуются все возможные состояния данной системы.

Чтобы узнать, какой вариант классической реальности наш объект (выделенная подсистема) и что видит вокруг себя, необходимо выяснить в каком энергетическом диапазоне этот объект взаимодействует с окружением. Затем необходимо «спуститься» из гильбертово пространства максимальной размеренности (общего для всех квантовых объектов) в гильбертово пространство меньшей размеренности, которая определяется числом различных состояний в данном интервале (величина размеренности) энергий взаимодействия. На этом уровне, возможно, вводить локальные классические характеристики объекта, а, следовательно, и метрику пространства – времени этого классического мира, который объект и «воспринимает» вокруг себя. После этого, возможно, установить количественные отношения между физическими величинами, характеризующими локальные объекты этого элемента реальности (классическая физика).

Предельные величины размерности энергий (норма) взаимодействия систем А и В представляют собой энергии, которые изменяют состояния взаимодействующих систем, т.е. энергии, которые воспринимается системами друг от друга. Эти энергии однозначно определяют значения выхода систем Y и Y, которые проявляются как значения физических величин, характеризующие свойства наблюдаемых систем.

Минимальные значения этих физических величин называются порогами чувствительности восприятия свойств отображаемого и отображающего ∆ и ∆ , отношение - называется коэффициент тождественности.

Понятие «количество информации» - чисто математическое и имеет строгое определение. Величина эта говорит о размерности кода, а размерность кода говорит с вероятностных позиций о величине энтропии состояния системы, а с другой стороны о сложности системы, т.е. множества возможных состояний. В коде могут использоваться всевозможные перестановки, если число передаваемых сообщений N, длина кода – logN, где a – количество разных символов. Если основание логарифма равно двум, то код указывает количество шагов да – нет, которые необходимо проделать для определения конкретного значения состояния системы. Логарифмическая функция отражает отношения между иерархическими уровнями системы.

С позиции квантовой теории и положений, перечисленных выше, система передающая информацию может находиться, с учетом размерности энергетического интервала в n различных состояниях, где , и обладает

Ilogn, i=1,п

количеством информации интенсивности свойств, где - норма энергетического интервала объекта, а  - порог чувствительности восприятия объекта.

При передаче информации п различных состояний передающей системы, вероятностное проявление сообщений в приемнике несет в себе вероятностную информацию интенсивности свойств

I =Σ p logn, i=1,n.

Информационное состояние систем может быть описано системным информационным показателем : до передачи информации, в процессе передачи, и после передачи.

Системный информационный показатель представляет собой функцию [5]

, (4)

где : - значение системного информационного показателя ,

- количество информации которым обладает множество проявленных Е

свойств систем,

- количество информации которым обладает интенсивность проявленных

свойств систем,

- количество информации которым обладает длительность Т свойств,

- количество информации которым обладает протяженность свойств.

Необходимо заметить, что расчет количества информации длительности (время в пределах которого проявляются свойства отражаемого и отражающего), и протяженности ( пространство в рамках которого проявляются свойства отражаемого и отражающего) зависит от t – квант времени за пределами которого системы видят друг друга в рамках , и r- квант пространства за пределами которого системы видят друг друга в рамках .

I= log, I= log. (5)
Масса информации системы представляет собой количество информации, которым обладают свойства системы способные проявиться в отношении другой системы в течение времени и равна

. (6)

Информационная сила взаимодействующих систем представляет собой полное количество информации свойств этих систем, которые способны проявиться в отношении друг друга в течение времени и равна

. (7)
Данный подход к расчету количества информации отображаемого и отображающего, позволяет рассчитать качество и ценность информации.

Качество информации объекта определяется как всеобщая характеристика, обнаруживающаяся в относительном отклонении от совокупности целевых свойствобъекта от реальных.

I=∑log()=log(1) . (8)

Ценность информации определяется как объективная положительная или отрицательная значимость существенных свойств и их значений на степень формирования целевых свойств объекта

I=Σlog (mI - ) (9)

Согласно представленного выше анализа информационных процессов, информация есть тождественное отображение свойств отображаемого на отображаемом. Данная формулировка отвечает общенаучным представлениям об информации. Свойства системы на выходе Y, проявляются в виде физических величин, что и является информацией в общепринятом научном смысле.

В начале 20-го века немецкий физик М. Планк показал, что основные единицы измерения физических величин могут быть составлены из фундаментальных физических контакт [6]: скорости света С, постоянной Планка h и гравитационной постоянной G. Значение этих контакт функционируют в виде коэффициентов в уравнениях основополагающих физических теорий – классической и квантовой электродинамики и общей теории относительности. Зная константы, можно вычислить единицы длины L, времени , и массы m.

; ; (10)

Физические процессы, как комбинации связанных событий в системе характеризуются отношением фундаментальных физических величин, единство измерений которых обеспечивается узаконенными единицами, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами. Знак равенства в уравнениях физических теорий, представляет собой информационный принцип тогда, когда количество информации значений физических величин в левой и правой частях отвечают тождеству, т.е. значение кода левой части тождественно равно значению кода в правой части уравнения. И как следствие, так как основные единицы Международной системы единиц являются производными фундаментальных физических констант, то можно сделать вывод, что развитее мироздания является информационным процессом, при котором информация от констант передается к физическим величинам, что и обеспечивает устойчивость развития мироздания.

В тождестве кодов состояния отображаемого и отображающего при передачи информации, проявляется основное свойство информационных процессов.

Сформулируем основные законы проявления информационных процессов:

. 1) В основе развития мироздания лежит информационный принцип

развития.

. 2) Информационный принцип развития - это всеобщая особенность развивающейся материи, определяющая направление синтеза устойчивых самоподобных структур мироздания на основе тождества множеств кодов (значений проявляемых порогов чувствительности восприятия) свойств отображаемого и отображающего.

3) Отображаемое и отображающее свойства мироздания проявляются, начиная с порога чувствительности восприятия свойств друг друга

.

4) Сумма произведения кванта энергии е на количественное значение порога чувствительности восприятия проявляемых свойств отражаемого, равно сумме произведения кванта энергии е на количественное значение порога чувствительности восприятия проявляемых свойств отражающего (закон сохранения переноса формы вещества и энергии при отображении)

.
В процессе жизненного цикла технологическая система взаимодействует с проектирующей, изготавливающей, налаживающей, использующей, восстанавли-вающей, ликвидирующей системами. Технологическая система состоит из технологического оборудования, детали, контрольно-управляющего комплекса, оператора и технической среды. На этапах жизненного цикла и при функционировании технологической системы протекают информационные процессы между элементами систем. Анализ структуризации информационных процессов в технологических системах позволяет решать целый ряд актуальных технических и экономических задач.

Под структуризацией информационных процессов понимается методология исследования в разных появлениях и разрезах информационных процессов в системах.

Основной задачей информационного подхода к развитию технологических систем на этапах жизненного цикла является разработка методик анализа и синтеза технологических систем и процессов, оптимизации их основных показателей качества, на базе методологии исследования информационных процессов, протекающих в системе.

Структуризация информационных процессов технологических систем не решает проблемы создания конкретных технологических систем и процессов, а является лишь первичной формой организации процесса оценок. Но без этого предварительного упорядочения любая конкретная разработка будет иметь частный характер, поскольку не определено ее место в общей системе физических, технических и экономических процессов, обуславливающих развитие технологических систем.

Выводы.

На основании проведенного исследования структуризации информационных процессов в технологических системах определены: понятие «информация», ее количественные и качественные характеристики на этапах до взаимодействия, в процессе взаимодействия и после взаимодействия отражаемого и отражающего; основное свойство информационных процессов, обуславливающее тождественность передаваемой информации в виде кодов состояний отражаемого и отражающего; методология последовательности исследования информационных процессов; основные законы проявления информационных процессов.

^ Используемая литература.

1.Куликовский Л.Ф., Мотов В.В.Теоретические основы информационных процессов: Учеб.пособие для вузов по спец. «Автоматизация и механизация процессов обработки и выдачи информации».-М.Высш.шк.,1987.-248с. 2.Советский энциклопедический словарь. Изд. Третье. Под редакц. М.Прохорова. М.: Совецкая энциклопедия.1985. 3.Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир,1971. 4. С.И.Доронин. Роль и значение квантовой теории в свете ее последних достижений.// Квантовая Магия, том 1, вып.1, стр.1101-1122, 2004. 5. Карпусь В.Е., Луцкий С.В. Теоретические основы информационного подхода в технологии машиностроения.// Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. науч.трудов.- Донецк: ДонНТУ, 2005.вып.32. с.139-144. 6.Братута Э.Г. Чтобы великим не было забвения, в их честь все единицы измерения.// Харьков: НТУ «ХПИ». 2005.-124с.

Аннотация.

Розглянута методологія структуризації інформаційного процесу в технологічних системах. Визначені основні поняття : інформації, інформаційного процесу в технічних системах , та їх основні кількісні та якісні характеристики. Сформульовані основні закони виявлення інформаційного процесу.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Защита информационных...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Защита информационных процессов в компьютерных системах» разработан преподавателем, кандидатом...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconДіагностика в електромеханічних І енергетичних системах
Решить проблему своевременного выявления и предупреждения неисправностей в электромеханических системах и повысить уровень автоматизации...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconГ. В. Иванова «Автоматизация технологических процессов основных химических производств»
Методическое пособие предназначено для курса лекций по учебной дисциплине «Автоматизация технологических процессов основных химических...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconСамоорганизация технологических процессов механообработки
В статье рассматриваются вопросы использования положений теории системно-информационного подхода к анализу особенностей самоорганизации...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconОбщие сведения о промышленных системах регулирования
Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconМетодические указания к практическим занятиям №1÷7 по дисциплине:...
Размерный анализ технологических процессов для студентов специальности 09. 0202 «Технология машиностроения» дневной и заочной форм...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconОб использовании переменной разрешающей способности в системах обработки визуальной информации
В современных информационно-технологических системах, в частности, в сппр, в процессе принятия решения предполагается совместная...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconО переходе от двузначного к четырехзначному кодированию
Целью данного решения является увеличение количества кодов при полном сохранении его роли в технологических, технических и финансовых...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconМетодические указания к практическим занятиям 2004 Методические указания...
Методические указания предназначены для оказания помощи студентам при выполнении практических заданий, закрепляющих теоретические...

Структуризация информационных процессов в технологических системах iconСекция Защита информационных процессов в компьютерных системах
Но даже использование доступных сведений не гарантирует адекватность разработки программных продуктов и корректность конфигурирования...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<