Структура системы с управлением

Под управлением в самом общем виде будем понимать процесс формирования целенаправленного поведения системы посредством информационных воздействий, вырабатываемых человеком (группой людей) или устройством.

К задачам управления относятся:

· целеполагание;

· стабилизация;

· выполнение программы;

· слежение;

· оптимизация.

Задача целеполагания - определение требуемого состояния или поведения системы.

Задача стабилизации - удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий.

Задача выполнения программы - перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам.

Задача слежения - удержание системы на заданной траектории (обеспечение требуемого поведения) в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются.

Задача оптимизации - удержание или перевод системы в состояние с экстремальными значениями характеристик при заданных условиях и ограничениях.

Часто для обозначения управляющих воздействий используют понятие "руководство". Будем считать, что руководство - это управление чужой работой в организационных, социальных, экономических системах.

Система с управлением включает три подсистемы (рис. 1.7): управляющую систему (УС), объект управления (ОУ) В и систему связи (СС).

Рис. 1.7. Система с управлением

Системы с управлением, или целенаправленные, называются кибернетическими. К ним относятся технические, биологические, организационные, социальные, экономические системы.

Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ ) А. Основным элементом организационно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) - индивидуум или группа индивидуумов, имеющих право принимать окончательные решения по выбору одного из нескольких управляющих воздействий. Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информация – множество { x }, включающее командную информацию { u } { x },и канал обратной связи, по которому передается информация о состоянии ОУ – множество выходной информации { у }.

Множества переменных { n } и { w } обозначают соответственно воздействие окружающей среды (различного рода помехи) и показатели, характеризующие качество и эффективность функционирования подсистемы В. Показатели качества и эффективности являются подмножеством информации о состоянии ОУ, { w } { у }. Более того, в процессе анализа систем каждая характеристика y_i должна рассматриваться как потенциальная кандидатура на роль показателя. Поэтому для сохранения общности рассмотрения это подмножество характеристик без необходимости выделять отдельно не будем.

Основными группами функций системы управления являются:

· функции принятия решений – функции преобразования содержания информации { f _c};

· рутинные функции обработки информации { f _p};

· функции обмена информацией { f _o}.

Функции принятия решений { f _c} выражаются в создании новой информации в ходе анализа, планирования (прогнозирования) и оперативного управления (регулирования, координации действий). Это связано с преобразованием содержания информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию при решении логических задач и выполнении аналитических расчетов, проводимых ЛПР при порождении и выборе альтернатив. Эта группа функций является главной, поскольку обеспечивает выработку информационных воздействий по удержанию в существующем положении или при переводе системы в новое состояние. Без автоматизации этой функции ИС не может считаться полноценной.

Рутинные функции { f _p} охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации и т.д. Эта группа функций преобразования информации не изменяет ее смысл, т.е. это рутинные функции, не связанные с содержательной обработкой информации.

Функции обмена информацией { f _o} связаны с доведением выработанных воздействий до ОУ и обменом информацией между ЛПР (ограничение доступа, получение (сбор), передача информации по управлению в текстовой, графической, табличной и иных формах по телефону, системам передачи данных и т.д.).

Совокупность функций управления, выполняемых в системе при изменении среды, принято называть циклом управления. Выполняя цикл за циклом, система приближается к сформулированной цели. Одно из представлений цикла управления показано на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Обобщенный цикл управления

В данном случае от объектов управления в СУ поступает информация о текущем состоянии дел. ЛПР контролируют ее истинность, учитывают и анализируют в целях выявления отклонений от требуемого состояния и определения необходимости изменения текущего состояния.

По результатам анализа осуществляются выбор одной из основных задач управления и оперативно-техническое управление (регулирование), состоящее в координации действий ОУ – выработке решений по удержанию системы в требуемом состоянии, или решается задача целеполагания (проводится корректировка целей), после чего система переводится в новое состояние на основе прогнозирования и планирования. При необходимости направляется доклад в старший орган управления.

Любой объект, относящийся к классу организационно-экономических, является управляемой системой. Управление системой общепринято разделять на планирование, регулирование, учет, контроль, анализ. На рис. 1.9 представлена крайне упрощенная схема системы управления с обратной связью, включающей сам объект управления, управляющий орган и информационную часть.

Пусть на входе системы (например, предприятия) лицом, ответст­венным за принятие решения, установлены план – желаемый результат ее функционирования – и ресурсы, обеспечивающие его реализацию. Действительный результат функционирования системы (продукция) измеряется информационной частью и сравнивается с планом. На основе анализа рассогласований управляющий орган (подразделения управления на предприятии) вырабатывает регулирующие воздействия на объект управления (цехи предприятия) с целью уменьшения рассогласований.

Рис. 1.9. Упрощенная схема системы управления с обратной связью

Независимо от характера и специфики исследуемого объекта его цели всегда относятся к двум категориям: развития и стабилизации.

Цели развития направлены на достижение новых, желательных в каком-то смысле состояний или характеристик объекта и соответствуют фазе управления “планирование” (рис. 1.9).

Цели стабилизации направлены на сохранение или поддержание в определенном состоянии характеристик объекта и соответствуют фазе управления “регулирование”. Если рассматривать в качестве объекта исследования цех, то регулирующие воздействия подразделений управления выступают для него в качестве основных плановых показателей и ресурсов цеха, обеспечивающих реализацию плана предприятия (рис. 1.10). Таким образом, цели развития объекта вытекают из целей системы верхнего уровня или, по крайней мере, являются им логически непротиворечивыми.

Поэтому корректная постановка задач “на развитие” системы обязательно предусматривает рассмотрение целей системы верхнего уровня и ее возможностей, формализующих их критериев оценки и формирование на этой основе ограничений, накладываемых системой верхнего уровня на объект исследования. Однако такого рода анализ весьма трудоемок и не всегда осуществляется на практике, что зачастую приводит к недостаточно обоснованным уровням ограничений.

Рис. 1.10. Иерархическое построение системы управления

Цели стабилизации в соответствии с вышесказанным способствуют достижению результатов целей развития (утвержденного плана) и определяются на уровне исследуемой системы. При постановке задач на “стабилизацию” оценивается оптимальность лишь одной из подсистем исследуемой системы – управляющей, при этом основные параметры объекта, определяющие его состояние, получены из решения задачи на развитие (или каким-нибудь иным способом) и зафиксированы.

Следует иметь в виду, что цели стабилизации для системы вовсе не эквивалентны целям развития для подсистем, как это может показаться из рассмотрения рис. 1.10. Цели развития для любого уровня определяют наилучшие в определенном смысле состояния систем данного уровня иерархии, т.е. “что” нужно достичь, в то время как цели стабилизации определяют наилучшие действия по их достижению, т.е. “каким образом” нужно достичь наилучшего состояния исходя из возможностей рассматриваемой системы.

Поэтому для корректной формулировки целей развития необходима информация о целях и возможностях системы верхнего уровня, т.е. цели развития по уровням иерархии логически связаны, а для формулировки целей стабилизации достаточна информация только о возможностях исследуемой системы – логическая связь целей стабилизации по уровням иерархии может отсутствовать.

Качественными (точечными) называются цели, которые могут быть или достигнуты, или не достигнуты. Все результаты, приводящие к достижению цели, одинаково хороши, а все результаты, не приводящие к достижению цели, одинаково неудовлетворительны. Критерии оценки достижения подобных целей принимают только два значения: 1 – успех, 0 – в противоположном случае. Чаще всего в модели подобные цели выступают в качестве ограничений.

Количественное (интервальное) определение цели заключается в стремлении увеличить (или уменьшить) значение некоторой величины – критерия оптимальности, зависимость которой от переменных и факторов модели и составляет целевую функцию математической модели. Здесь следует сделать следующее терминологическое замечание. В литературе по экономико-математическому моделированию широкое распространение получили термины “критерий эффективности” и “критерий оптимальности”. С точки зрения методологии моделирования смешивать эти термины неправомерно. Как уже было отмечено выше, оптимальное решение – это решение математической модели, наилучшее по некоторому показателю – критерию оптимальности. Но математическая модель лишь отражение действительности, построенное на основе учета основных количественных факторов. Действительность богаче модели в первую очередь за счет присутствия качественных факторов, не формализуемых моделью. Эффективное решение предполагает обязательный учет неформализуемых факторов, в связи с чем критерий эффективности математической модели в принципе не существует. Обычно эффективное решение явно или неявно заменяется оптимальным. Спецификой оптимальности является ее жесткая связь с критерием оптимальности, чего нет у эффективности. Критерий оптимальности при этом некоторая величина, имеющая экономический смысл. Наилучшее по критерию оптимальности решение вовсе не обязано совпадать с эффективным. Особенно ясно это видно при принятии решений в условиях многокритериальности – ведь критериев несколько, несколько оптимальных решений, а эффективное решение только одно. Эффективизация, базируясь и включая оптимизацию, в значительной мере носит эвристический характер из-за наличия неформализуемой информации. Таким образом, количественная цель формализуется критерием оптимальности, а не критерием эффективности.