Система управління

Раціональна діяльність людини (колективу людей, верств суспільства) завжди спрямована на виконання певних дій, які забезпечують досягнення конкретної заздалегідь визначеної мети.

Для виконання цих дій завжди використовуються певні матеріальні утворення, спроможні здійснювати весь обсяг потрібних робіт, який забезпечує досягнення мети. Можна навести безліч прикладів таких матеріальних утворень, або об’єктів: технічні прилади та устаткування, механізми та машини, знаряддя виробництва, військові підрозділи та частини, підприємства, організації та установи. Приклади об’єктів можна назвати більш конкретно: автомобіль, верстат, гармата, підйомний кран, танковий взвод, відділення банку, цех заводу, дослідницька лабораторія, молочнотоварна ферма і т. д.

Кожний з перелічених об’єктів спеціально створюється та використовується для досягнення певної конкретної мети, що входить до множини цілей, які він взагалі спроможний досягти. Наприклад, літак створений для виконання повітряних перевезень пасажирів та вантажів. Він спроможний виконувати польоти на різних висотах, напрямках та швидкостях, нести певний вантаж. Але літаку невідомо, який саме вантаж, куди й коли треба його доставити саме зараз.

Особовий склад танкової роти спроможний вести різні бойові дії: наступати, оборонятися, здійснювати передислокацію. Але заздалегідь невідомо, яка конкретна бойова задача йому буде поставлена.

Цех підприємства створений для випуску певної номенклатури виробів. Які саме вироби він має виробляти на цей час, у якій кількості та у які строки йому має бути задано.

Банківський підрозділ займається здійсненням різноманітних фінансових операцій. Але йому треба визначити, яку саме операцію треба виконати на цей час, які характеристики має ця операція.

Лікарі станції швидкої допомоги завжди готова надати медичну допомогу постраждалим, але невідомі виклики, які станція має обслуговувати на сьогодні.

Підкреслимо ще раз, що саме ці об’єкти виконують роботу, забезпечуючи досягнення мети.

Узагальнюючи сказане, можна визначити спільну рису об’єктів, що введені до розгляду: для виконання дій, спрямованих на досягнення певної мети, вони потребують якихось зовнішніх впливів, які організовують їх діяльність. Назвемо ці впливи управляючими (керуючими). Тоді самі об’єкти будемо надалі називати об’єктами управління.

Управляючі впливи, або команди, мають вироблятися у повній відповідності до конкретної визначеної мети та у певній послідовності у часі. Таким чином відбувається процес управління роботою об’єкта управління. Процес управління триває доти, доки одержаний результат не буде відповідати поставленій меті.

Для перетворення мети у послідовність керуючих впливів (команд) у загальному випадку створюється спеціальний орган управління.

Літаком керує пілот, якому поставлена конкретна мета у вигляді польотного завдання.

Командир взводу, якому поставлена бойова задача, визначає конкретні дії підлеглих, виконання яких веде до виконання задачі.

Правління банку визначає конкретну фінансову операцію, яку має саме зараз здійснити певний підрозділ банку.

Начальник цеху, маючи на меті, наприклад, збереження матеріальних ресурсів, ставить завдання працівникам, виконання якого веде до досягнення результату.

З наведених прикладів випливає, що мета, як правило, поступає на орган управління ззовні. Поки що залишимо питання про те, як саме формулюється мета, без розгляду та будемо приймати її як дане.

Сукупність органу управління та об’єкту управління утворює систему управління. Можна навести багато прикладів формального визначення поняття «система управління». Але всі вони обов’язково використовують три базових поняття: мета, об’єкт управління, орган управління. Тому, не дотримуючись якогось формального визначення, наведемо спочатку графічне подання системи управління (рис. 1.1).

Рис. 1.1

На рисунку крім відображення базових понять, що визначені вище, показані також зовнішні впливи на об’єкт управління з боку оточуючого середовища. Ці впливи взагалі характеризують умови, у яких функціонує система управління. Зрозуміло, що ці впливи є завжди присутніми. Вони можуть бути організованими (наприклад, дії противника) або неорганізованими, природними: характер місцевості, погодні умови, техногенні впливи. Причому, як правило, вони мають випадковий характер та перешкоджають досягненню мети, тому мають бути врахованими при організації управління.

Введемо ще одне поняття, що стосується роботи системи: операція. Взагалі під операцією будемо розуміти будь-яку систему дій, об’єднану єдиним замислом та спрямовану на досягнення певної мети. Цей термін у житті зустрічається дуже часто: хірургічна операція, фінансова операція, рятувальна операція, військова операція. Незалежно від конкретного змісту будь-яка операція має обов’язкову спільну рису: вона є керованою. Таким чином, можна говорити, що система управління завжди здійснює певну операцію.

Розглядаючи схему системи управління, можна зрозуміти порядок її функціонування у часі. Робота системи починається з одержання завдання, або визначення мети. Відповідно до цієї мети орган управління аналізує стан об’єкту управління, умови його функціонування (зовнішні впливи) та розробляє сукупність управляючих впливів (команд), які потрібно послідовно подавати на об’єкт управління, щоб спрямувати його роботу на досягнення поставленої мети. Ця первинна сукупність команд має назву рішення. Тобто, орган управління виробляє рішення, яке потім передається на об’єкт управління. Об’єкт починає виконання рішення. Орган управління за допомогою зворотного зв’язку (див. рис. 1.1) контролює процес виконання рішення об’єктом управління, аналізує вплив зовнішніх факторів, тобто відслідковує результат роботи об’єкту. Якщо з’являються відхилення від рішення, орган управління виробляє корегуючи командні впливи на об’єкт управління так, щоб результат роботи наближався до виконання поставленої меті. Саме цей процес і є процесом управління, або просто управлінням.

Узагальнюючи сказане, можна управління визначити як функцію організованих систем різної природи (технічних, військових, соціальних), яка забезпечує реалізацію певних цілей.

Коротко управлінням можна просто назвати сукупність дій, спрямованих на досягнення певної мети.

Повертаючись до системи управління, наданий розгляд дозволяє визначити одну з основних рис системи управління: під час виконання поставленої мети (здійснення операції) вона завжди знаходиться у русі, тобто у зміні свого стану у просторі та у часі. Тому системи управління є динамічними системами, вони функціонують у часі.

Проведений огляд дозволяє тепер свідомо підійти до формального визначення поняття «система управління», наприклад до того, що надано у Вікіпедії: Система управління – це систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об’єкт для досягнення цим об’єктом визначеної мети.

У інших джерелах можна знайти інші визначення. Але в будь-якому разі там обов’язково будуть присутні наведені вище базові поняття: мета, об’єкт управління та орган управління. Тому до знайдених у різних джерелах визначень читач може додати своє, особисте визначення, а, точніше, розуміння, тлумачення терміну «система управління», і воно може стати для нього найкращим.

Розглянемо більш уважно особливості роботи системи управління та характер процесів, що відбуваються у ній під час виконання поставленої мети.

Звернемо увагу на те, що мета, яка ставиться перед системою управління – це не просто гасло: треба виконати певне завдання. Для організації роботи системи потрібні точні і конкретні початкові відомості: суть завдання, час, потрібний на його виконання, ресурси, які можуть бути використані, порядок оцінки результатів і т. ін. Тому можна говорити, що мета означає постановку задачі системі і ця постановка супроводжується переліком відомостей, або даних, потрібних для організації роботи системи управління.

Характеристика об’єкта управління, умов функціонування системи, впливу зовнішнього середовища під час виконання поставленої задачі також веде до визначення певної сукупності відомостей про оточуюче середовище, тобто до завдання даних.

Під час функціонування об’єкту управління його поведінка у вигляді певної сукупності даних безперервно відстежується органом управління за допомогою зворотного зв’язку.

На основі аналізу даних, що подаються на орган управління у вигляді задачі управління, умов її виконання та стану об’єкту управління відпрацьовуються команди на подальше функціонування об’єкту. Ці команди за своєю суттю також є сукупністю даних, необхідних для організації роботи об’єкту управління.

Таким чином, процес управління, що протікає у будь-якій системі управління, обов’язково пов'язаний із одержанням, передачею, зберіганням та обробкою інформації, що подається у вигляді даних. Тому можна запропонувати таке визначення управління:

Управління є процес перетворення інформації стану у командну інформацію.

На практиці термін «система управління» звичайно конкретизується: система управління польотом ракети, система управління технологічним процесом, система управління базами даних, система управління підприємством, система управління персоналом, система управління житловим фондом, система управління військами, система управління транспортом і т. д. Тут у назві системи одразу вказується об’єкт управління.

Щодо органу управління, то, узагальнюючи наведені вище приклади, можна сказати, що орган управління у загальному випадку – це колектив людей (посадових осіб) та комплекс технічних засобів, що використовуються в процесі роботи органу управління. Співвідношення цих складових може бути різним залежно від призначення системи управління.

В органі управління обов’язково присутня посадова особа, яка організує роботу органу управління, приймає рішення та несе відповідальність за це рішення. Підкреслимо ще раз: рішення приймає людина, що очолює орган управління. Її посада може називатися по-різному: завідувач, начальник, голова, командир. Але головна риса – ця особа має дозвіл на прийняття рішення та несе повну відповідальність за його виконання. (Виключенням тут можуть бути лише автоматичні системи управління, які працюють без безпосередньої участі людини).Зрозуміло, що у будь-якому разі відповідальна особа намагається прийняти таке рішення, яке за умов, що склалися, вважається найкращим. Тому можна сказати, що рішення – це обраний органом управління з множини допустимих варіантів дій такий варіант дій об’єкту управління, який у даній конкретній обстановці його функціонування веде до найкращого у певному розумінні виконання завдання (забезпечує досягнення мети).

Зрозуміло, що спосіб досягнення результату залежить від якості роботи органу управління. Для однакового завдання (однакової мети) досягнення результату (виконання завдання) може бути здійснено різними способами (варіантами). Ці варіанти можуть оцінюватися по-різному. Але зрозуміло, що ці оцінки мають бути об’єктивними. Наприклад, можна говорити про час виконання завдання. Можна оцінювати різні варіанти витратами матеріальних ресурсів або обсягом одержаного продукту. В такому разі можна вести мову про різну якість управління та порівнювати рішення, що приймаються, залежно від якихось показників, що характеризують цю якість. Часто замість якості управління говорять про ефективність управління. Останнє, мабуть, є більш прийнятним у суспільстві. Взагалі під ефективністю розуміють міру пристосованості системи до виконання поставлених завдань.

Зрозуміло, що виникає задача оцінки ефективності управління та порівняння за цією оцінкою різних рішень системи управління. Адже завжди є намагання серед них вибрати найкраще у певному розумінні систему. Причому оцінка рішення обов’язково повинна бути об’єктивною. А це означає, що оцінка має бути кількісною. Дійсно, переконливими можуть бути лише числові характеристики: система забезпечує підвищення продуктивності праці на 7%; система дозволяє досягти мети на 25 хвилин скоріше; система забезпечує п’ятивідсоткову економію матеріальних засобів; система забезпечує збільшення дальності польоту на 230 км.

Для кількісної оцінки ефективності роботи системи застосовують показники ефективності або критерії ефективності.

Вибір показників ефективності та обґрунтування цього вибору залежить від призначення системи, конкретної мети її використання та умов, у яких відбувається її робота.

Розглянемо приклади визначення показників ефективності.

Якщо завданням артилерійської батареї є знищення цілі, показником ефективності може бути імовірність виконання завдання. Якщо зважити на обмеження витрат снарядів, як показник ефективності можна прийняти витрачену кількість снарядів на знищення цілі.

Для СТО, що займається обслуговуванням автомобілів, за показник ефективності можна прийняти кількість машин, що були обслуговані за певний відрізок часу, наприклад, за тиждень. Можна також характеризувати роботу СТО середніми витратами часу на обслуговування одного автомобіля.

Якщо планується здійснення маршу колоною танків, показниками ефективності може бути час маршу, середня швидкість руху або кількість потрібного пального.

Обслуговування комп’ютерного класу спрямоване на зменшення збоїв у процесі використання комп’ютерів. Тому показником ефективності може бути час безвідмовної роботи комп’ютерів або витрати часу (абсолютні або відносні) на усунення збоїв.

Протиповітряна оборона району бойових дій, як система управління, створюється для запобігання ударів повітряного противника по військам, що прикриваються. Показником ефективності тут може бути математичне сподівання числа знищених літаків, або математичне сподівання відвернення втрат військ, або ймовірність запобігання удару повітряного противника.

Наведені приклади ведуть до таких висновків:

об’єктивна оцінка якості роботи системи управління може бути здійснена тільки з використанням кількісних показників ефективності;

робота системи управління може характеризуватися різними показниками ефективності;

вибір певного показника ефективності, який може розглядатися як головний, залежить від точного конкретного розуміння поставленого завдання (мети) та умов, що супроводжують її досягнення.

У будь-якому разі визначення показників ефективності є творчою задачею, яка передбачає розуміння всіх особливостей функціонування системи управління. Тому їх вибір потребує чіткого обґрунтування, оскільки в подальшому від цього залежить результат оцінки виконання системою поставленого завдання.

В той же час слід розуміти, що вибір показників ефективності – це тільки перший крок на шляху оцінки системи управління. Адже кількісна оцінка системи веде до необхідності з’ясування наступних питань:

Що впливає на величину конкретного показника ефективності, від чого він залежить?

Чи можна зробити систему, що досліджується, кращою за її показниками та як цього досягти?

Тому виникає питання про залежність показників ефективності від структури, властивостей, характеристик та параметрів системи, конкретних умов її функціонування, оскільки це дозволяє зробити висновки щодо шляхів покращення цих показників. Треба визначити параметри роботи системи, на які може впливати орган управління, тобто параметри, які є керованими.

Для відповіді на ці питання необхідно здійснити математичне дослідження системи управління. Здійснення дослідження потребує розглянути систему як математичний об’єкт. Для цього треба розробити математичну модель системи управління.