Экономическая кибернетика

Компакт-учебник

Харьков

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 3

І Предмет, методы и понятийный аппарат. 8

экономической кибернетики. 8

1.1. Кибернетика как наука и ее связь с экономикой. 8

1.2. Основы теории систем.. 16

1.3. Системный подход. 32

1.4. Моделирование объектов и систем.. 35

1.5. Понятие об управлении. 48

1.6. Информация как ресурс управления социально-экономическими системами 59

ІІ Анализ социально-экономических систем.. 72

2.1. Особенности экономических систем.. 72

2.2. Анализ как категория познания и его приложение к исследованию экономических систем 78

2.3. Анализ структуры социально-экономических систем.. 85

2.4. Анализ системы общественного потребления. 93

2.5. Исследование системы управления организацией. 104

III МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХСИСТЕМ.. 113

3.1. Стандартная кейнсианская модель рынка товаров. 113

3.2. Модели анализа межотраслевых связей. 122

3.3. Модели обменных процессов и ценообразования. 127

3.4. Модели и методы анализа экономической динамики. 134

IV МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА МОДЕЛЕЙ.. 141

СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ И.. 141

СТРУКТУР УПРАВЛЕНИЯ ИМИ.. 141

4.1. Методология синтеза экономической системы.. 141

4.2. Моделирование бизнес-процессов. 149

4.3. Модели синтеза структуры управления. 162

4.4. CASE-технологии в моделировании бизнес-процессов. 172

V ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ.. 196

В СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.. 196

5.1. Основы исследования операций и их приложение к задачам оптимизации управления 196

5.2. Выбор критерия эффективности. 215

5.3. Метод построения операционных математических моделей. 229

5.4. Оптимизация бизнес-проектов на основе операционных математических моделей 235

5.5. Разработка оптимальных управленческих решений в среде информационных технологий 242

Глоссарий__________________________. 263

Литература________________________. 273

ВВЕДЕНИЕ_________________________________

Будущий век, Тебе посвящаю

я песни! По течению

невидимых рек все быстрей,

все смелей, все чудесней

Уплывает вперед человек...

В. Брюсов

Наряду с углублением и расширением уже сложившихся научных дисциплин, историческое развитие науки неизбежно приводит к появлению новых областей знания. Зарождение и развитие новых наук вызывается главным образом двумя факторами: фактором обособления и фактором обобщения. Обособление научных дисциплин возникает под влиянием открытия новых объектов исследований и возникновением специфических научных направлений, глубоко изучающих сравнительно узкий класс объектов и характеризующихся своим специфическим подходом к постановке и решению задач. Такого рода специфическими научными дисциплинами являются, например, химия высокомолекулярных соединений, теория электрических машин, посвященные углубленному рассмотрению сравнительно узкой области. Наряду с этим появляются обобщающие дисциплины, характерной особенностью которых является то, что они создаются с целью изучения общих закономерностей явлений, протекающих в весьма широком классе объектов. Дисциплинами такого рода являются, например, теория размерности и теория подобия, теория динамических систем и термодинамика. К этой же категории обобщающих дисциплин относится и кибернетика. Основоположник кибернетики Норберт Винер определил ее как науку об управлении и связи в механизмах, организмах и обществах. В настоящее время кибернетика представляет собой общую теорию управления, применимую к любой системе вообще. При этом под системой понимается объединение любых элементов, рассматриваемых как связное целое.

Изучая процессы управления в системах любой природы методами кибернетики, человек стремится познать объективные закономерности, присущие процессам управления, и использовать их для улучшения естественных и создания искусственных управляющих систем для достижения своих биологических и социальных целей. Говоря об управлении, следует иметь в виду, что всякое управление следует из информации для выбора управляющих воздействий, да и сами управляющие воздействия формируются на основе информации, содержащейся в командах управления. Но источником всякой информации является наблюдение, пассивный или активный эксперимент. Поэтому управление всегда связано с использованием наблюдений, использованием информации об управляемой системе, о внешней среде, с которой она взаимодействует, о результатах реализации управляющих воздействий. Обмен информацией между системой и средой, а также внутри системы, осуществляется при помощи различного рода связей, по которым циркулируют потоки информации. Наличие таких связей является характерной особенностью любой кибернетической системы. Особенно большое значение для кибернетических систем имеет обратная связь — канал, по которому в систему вводятся данные о результатах управления. Благодаря наличию обратных связей кибернетические системы оказываются в принципе способными выходить за пределы действий, предусмотренных и предопределенных создателем системы. И в этом состоят огромные потенциальные возможности кибернетических систем.

Кибернетика — молодая наука, формирование которой началось лишь после второй мировой войны. Тем не менее, она развивается настолько стремительно, что уже сейчас оказывает большое влияние на методы исследования и способы решения практических задач в самых разнообразных областях науки и техники: в биологии и медицине, в технике связи и в автоматике, в вычислительной технике, в экономике и социологии. В основе кибернетики лежит идея возможности развить общий подход к рассмотрению процессов управления в системах различной природы. Сила этой идеи заключается в том, что оказалось возможным, кроме общих рассуждений методологического характера предложить также мощный аппарат для количественного описания процессов, для решения сложных задач, основанный на методах теории информации, теории динамических систем, теории алгоритмов и теории вероятностей.

Рождение кибернетики принято связывать с датой опубликования (в 1948г.) Норбертом Винером его знаменитой книги «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой работе выдающегося американского математика впервые были четко показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Интересно отметить, что к этим проблемам привлекли внимание Винера, Розенблюта и других ученых, причастных к ее зарождению, не только желание понять направление развития и методологию науки, стремление обобщить достижения различных наук, хотя это тоже сыграло свою роль. Непосредственным толчком для интенсивной разработки проблем управления с самых общих позиций послужили конкретные практические задачи, такие, как: создание и использование вычислительных машин и особенно вычислительных устройств для управления огнем зенитной артиллерии Задача отделения полезного сигнала от сопровождающего его шума, задача создания машины для чтения вслух, некоторые задачи нейрофизиологии и т. п. Не умаляя заслуг Норберта Винера и его коллег, необходимо, однако отметить, что по существу ряд научных направлений, составляющих сейчас основные положения кибернетики, разрабатывался уже на протяжении многих лет, а некоторые даже в течение столетий. Уже более 100 лет (начиная с работ Максвелла и Вышнеградского) разрабатывается теория регулирования, теория систем с обратной связью. Более 60 лет прошло с начала работ по применению алгебры логики для исследования переключательных схем (работы советских ученых Шестакова, Гаврилова, японского ученого Нака-симо). Идея создания цифровых вычислительных машин разрабатывалась еще Паскалем и Лейбницем в XVII в. и в более развитом виде Бабэджем в XIX в. Тем не менее, только после работы Винера началась цепная реакция формирования общей теории управления.

Взаимодействуя и взаимооплодотворяя друг друга, начали бурно развиваться теория информации, теория переключательных схем, теория автоматического управления, теория нейронных сетей. Появились новые технические средства в виде аналоговых и цифровых электронных вычислительных машин, позднее — мощных компьютерных систем появилась возможность ставить кибернетические эксперименты, основанные на моделировании процессов управления при помощи компьютерных технологий.

Несмотря на то, что многие ученые классического направления относились к этой новой науке иронически, кибернетика продолжала свое победное шествие, доказывая право на существование не только теоретическими результатами, но огромным вкладом в решение ряда сложнейших практических задач. Появление мощных компьютерных систем, создание оптимальных и самонастраивающихся систем управления, создание эффективных методов исследования операций и многие другие важные научные и практические результаты, явились прямо или косвенно результатом развития работ в области кибернетики и привели к тому, что к середине XX в. эта наука уже завоевала право на существование и академическое признание.

Норберт ВИНЕР

«Отец кибернетики» Норберт Винер родился 26 ноября 1894 г. в Колумбии, США. Родители Норберта, польские евреи по происхождению, были выходцами из России. Отец Норберта, Лео Винер, был профессором славянских языков и литературы Гарвардского университета. С четырех лет Норберт научился читать и почти с этого же возраста начал увлекаться научной литературой самого различного характера. К семи годам у Норберта был уже опыт чтения книг Дарвина, Кингли, Жарко и др. Отец разработал маленького Норберта весьма напряженную программу домашнего обучения: мальчик должен был изучать различные языки и заниматься математикой. После окончания в 1906 г. начальной школы Норберт поступил в Тафтс-колледж, который он окончил в 1909 г. и получил звание бакалавра. После этого Норберт слушает лекции в Гарвардском (1909—1913 гг.) и Корнуэлъском (1910 г.) университетах. В возрасте 18 лет Винер защитил в Гарвардском университете диссертацию по философии математики на степень доктора философии. После окончания университетского курса Гарвардский университет предоставил Н. Винеру стипендию для поездки за границу. Н. Винер использовал эту возможность, чтобы побывать в Англии — в Кембридже (1913—1916 г.) и в Германии — в Геттингене (1914 е.). В Кембридже под руководством Бертрана Рассела Винер изучал математическую логику и философию науки вообще и, кроме того, слушал лекции по математике Г. К. Харди. После возвращения в США Винер в 1915 е. прослушал курс лекций в Колумбийском университете. В 1915/16 г. Винер получил место преподавателя-стажера Гарвардского университета. Однако вскоре он покинул университет и в 1917— 1918 г. работал в Американской энциклопедии. В 1918—1919 г. Винер — военнослужащий Абердинского полигона, а в 1919 г. - служащий газеты «Бостон геральд.». В 1919 г. Винер получил должность ассистента на кафедре математики Массачусетского технологического института. В этот период им были написаны статьи о броуновском движении, в которых была раскрыта возможность совместного использования лебеговой техники интегрирования и статистической физики Гиббса. Эти работы впоследствии оказались ценными для анализа дробового аффекта в радиоэлектронике. С 1919 по 1929 г. Винер — преподаватель, с 1929 по 1932 г. доцент, а с 1932 г. — профессор Массачусетского технологического института. В этот период Н. Винером был написан ряд статей по теории банаховых пространств, теории потенциала, теории функций действительного переменного и по другим проблемам различных разделов математики физики. Во время второй мировой войны Винер под руководством В. Буша участвовал в разработке и применении электронной вычислительной машины для баллистических расчетов. Задачи управления артиллерийским огнем заставляют Н. Винера заняться теоретическими и экспериментальными исследованиями, непосредственно связанными с теорией автоматического управления.

К этому времени у Винера возникли соображения об общности принципа отрицательной обратной связи, как для систем автоматического регулирования, так и для живых организмов. Эти идеи об общности принципов управления в живых и неживых системах, горячо поддержанные нейрофизиологом доктором Ровенблютом, явились началом формирования кибернетической концепции Винера, которая была позднее изложена им в его книгах «Кибернетика» и «Кибернетика и общество».

Оформление кибернетики как самостоятельной науки явилось поистине революционным событием, вызвавшим глубокую перестройку всего современного научного мировоззрения. Под непосредственным влиянием идей Винера о сущности информации и энтропии, их роли в организованных системах развивались также работы, приведшие к созданию теории информации.

Кроме работ по кибернетике, Н. Винеру принадлежат фундаментальные исследования по теории вероятностей и по теории интеграла Фурье и его приложений. Умер Норберт Винер 19 марта 1964 г.

І Предмет, методы и понятийный аппарат

экономической кибернетики

1.1. Кибернетика как наука и ее связь с экономикой

Содержанием одной из основных идей, внесенных в наше мировоззрение кибернетикой, является новый взгляд на составляющие, из которых состоит окружающий нас мир. Классическое представление о мире, состоящем из материи и энергии, должно было уступить место представлению о мире, состоящем из трех составляющих: энергии, материи и информации, ибо без информации немыслимы организованные системы, а наблюдаемые в природе живые организмы и созданные человеком управляемые системы представляют собой организованные системы. Более того, эти системы не только являются организованными, но и сохраняют свою организованность со временем, не растрачивая ее, как следовало бы из второго принципа термодинамики. Единственным возможным объяснением факта сохранения организованности является непрерывное извлечение из внешнего мира потока информации о происходящих в нем явлениях, о процессах, происходящих в самих системах.

Одной из основных особенностей кибернетики является то, что она рассматривает управляемые системы не в статическом состоянии, а в их движении и развитии. Рассмотрение систем в движении коренным образом меняет подход к их изучению, и в ряде случаев позволяет вскрывать закономерности и устанавливать факты, которые иначе оказались бы невскрытыми. Такое функциональное свойство систем, как их устойчивость, имеющее решающее значение для оценки работоспособности многих систем и даже выяснения возможности их длительного существования, было бы невозможным без рассмотрения динамики происходящих в них процессов.

Кибернетика рассматривает не изолированные системы, а некоторую их совокупность, в которую, вообще говоря, входит вся Вселенная. Эта наука должна учитывать, и учитывает те многообразные связи, которые закономерно образуются между отдельными частями сложных систем и определяют их свойства, поведение, их развитие, гибель и воспроизведение.

Кибернетический подход отличается относительностью точки зрения на систему в том смысле, что одна и та же совокупность элементов в одном случае может рассматриваться как система, а в другом случае при решении других задач — как часть некоторой большей системы, в которую она входит. Так, например, пневматический молоток сам по себе может рассматриваться как некоторая динамическая система, но как систему можно рассматривать и человека, выполняющего работу при помощи пневматического молотка. Эта совокупность в свою очередь является частью системы, которая представляет собой организацию, в работе которой участвует этот человек, и т. д. Свойства и особенности любых объектов не могут быть правильно оценены и учтены без рассмотрения многообразных связей и взаимодействий, закономерно образующихся между отдельными объектами и окружающей их средой. Учет влияния среды является характерным для кибернетического подхода к рассмотрению явлений, происходящих в управляемых системах.

Как бы детально и строго мы ни старались изучать поведение системы, мы никогда не сумеем учесть все бесчисленное множество факторов, прямо или косвенно влияющих на ее поведение. Поэтому необходимо считаться с неизбежностью наличия некоторых случайных факторов, являющихся результатом действия этих неучтенных процессов, явлений и связей. Кибернетика широко использует статистические методы для исследования поведения систем, подверженных случайным воздействиям. Благодаря статистическим методам, оказывается возможным, хотя и не определенно, а лишь в вероятностном аспекте — в среднем, но строго и точно предсказывать поведение сложных систем.

Развиваемые в кибернетике идеи и методы направлены на достижение следующих целей, которые стоят перед этой наукой:

а) Установить важные факты, общие для всех управляемых систем или, по крайней мере, для некоторых классов этих систем. Как и во всякой теории, фактические данные являются важнейшей ее составной частью и служат основой для выдвижения гипотез, построения теории и установления закономерностей;

б) Выявить ограничения, свойственные управляемым системам, и установить их происхождение, т. е. тем самым установить те границы, в пределах которых проектировщик свободен выбирать структуру системы, управляющее устройство способно изменять управляющее воздействие, управляемая система может изменять свои состояния;

в) Найти общие законы, которым подчиняются управляемые системы. Опираясь на фактические данные, выдвигая соответствующую аксиоматику, выстраивая доказательства положений, основывающихся на принятых аксиомах, кибернетика как любая другая точная наука может и должна постепенно создавать стройную систему теоретических положений, законов и принципов, которые будут составлять центральное ядро этой науки;

г) Указать пути использования фактов и закономерностей, составляющих теорию, для практической деятельности человека. Это прикладное направление кибернетики, разумеется, является не менее важным, чем ее теоретическое развитие. Ясно, что было бы бессмысленно изучать поведение систем, устанавливать факты и закономерности, если бы они не могли быть использованы для практических целей. Однако сама по себе теория еще далеко не всегда обеспечивает решение непосредственно прикладных задач. Для того чтобы решать практические задачи, необходимо построить мост между теоретическими положениями и прикладными методами решения задач. При этом приходится учитывать специфические особенности определенных классов управляемых систем. Поэтому приложения общих методов кибернетики для решения практических задач изучаются в таких прикладных науках, порожденных кибернетикой, как техническая кибернетика, экономическая кибернетика, биологическая кибернетика, социальная кибернетика.

В целом возникновение любой науки предопределяется наличием объективных и субъективных предпосылок. Объективными уловиями возникновения новой науки являются:

первое – наличие объекта исследования;

второе – необходимость исследования, возникшая в общественной практике;