Глава 2. Управление и кибернетика

С понятием «управление» («менеджмент») человек соприкасается повседневно на протяжении всей своей жизни. Управление всегда представляет собой информационный процесс. Аналогично тому, как субстанцией физического мира являются материя и энергия, основой управления является информация. Сущность процесса управления изложена в работах как российских, так и зарубежных ученых. Эта сущность заключается в том, что движение и действие больших масс или передача и преобразование больших количеств информации направляются и контролируются при помощи небольших количеств энергии, несущих информацию – энерго-информационные процессы.

Впервые понятие «управление» было ассоциировано с понятием «кибернетика» американским математиком Н. Винером (1894– 1964) в своей книге «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», опубликованной в 1948 г. [4]. Исторически слово «кибернетика» возникло в Древней Греции. Оно было введено в науку философом Платоном и происходит от греческого слова «kybernetes», означающее «кормчий». Поэтому руль корабля, направляемый руками человека, может служить первым символом кибернетики, то есть управления.

Общепринятого определения понятия «управление» до настоящего времени не существует, хотя интуитивное представление о нем имеет вполне определенный смысл. Само понятие «управление» со времени выхода книги Н. Винера претерпевает неизбежные изменения как в теоретическом, так и в прикладном плане. В то же время в настоящее время существует ряд определений понятия «управление». Одним из таких определений является следующее: «Под управлением будем понимать процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние» [8]. Под объектом управления понимается та часть окружающего мира, состояние которой нас интересует, на которую мы можем целенаправленно воздействовать, то есть осуществлять управление этой частью. Следует отметить, что любой объект состоит из множества систем, подсистем и элементов. Задача исследования всего объекта как совокупности систем, подсистем и элементов в целом сложна и поэтому вначале выделяют и описывают в объекте только одну систему, которая представляет собой часть всего объекта.

Основная трудность в точном определении понятия «управление» состоит в том, что управление применяется на различных многообразных уровнях жизнедеятельности, каждый раз с изменением своих целей и критериев. Следует различать управление государством и народным хозяйством, управление в сфере материального производства и оказания услуг, территорией, регионом, отраслью, городом, организацией, цехом и участком, человеком как биологической системой.

Все «уровни» управления можно рассматривать как системы различных рангов (рис. 2.1) [3].

А– биологические системы (живые существа, человек);

Б – физические системы (машины, автоматические машины и линии, устройства);

К высшему рангу относятся социально-экономические и макроэкономические системы в виде государства, народного хозяйства, территорий, регионов, отраслей, городов с окружающей их инфраструктурой. Управление в этом случае следует рассматривать прежде всего как явление общественного порядка, обеспечивающее целенаправленное руководство деятельностью людей, а в хозяйственной деятельности – руководство процессами воспроизводства экономики.

Системы среднего ранга могут выступать в виде производственных организаций, цехов, участков и т. п. Управление в этом случае направлено на обеспечение наилучшего функционирования процесса производства продукции.

Как известно, человек, рассматриваемый как биологическая система, представляет собой исключительно сложный объект управления. Не менее сложными являются и некоторые физические системы. Например, вычислительная техника, робототехника, станки с программным управлением, автоматические линии. Эти системы называются низшими только потому, что они могут входить как первичные звенья в системы среднего и высшего ранга.

При образовании систем более высокого ранга появляются новые закономерности, отражающие сущность систем нового ранга, их цели, критерии, задачи и функции. Закономерности, которые были присущи системам более низкого ранга, продолжают функционировать в каждой составной части новой системы, но доминирующее значение приобретают новые закономерности, отражающие связи вновь образованной системы.

Например, в производственных организациях среднего ранга (организация–цех–участок) управление должно обеспечивать слаженное функционирование совместного труда множества людей для достижения поставленных целей. В таких системах биологические и физические закономерности элементов учитываются в виде ограничений, определяющих допустимые физиологические и физические нагрузки и пропускную способность каждого элемента.

Одним из определяющих факторов, влияющих на весь ход процесса производства продукции, является технология управления. Технологический процесс возникновения и переработки информации в производственных организациях проходит определенные этапы (рис. 2.2).

Все начинается с идеи о производстве продукции какого-либо целевого назначения. Затем, на первом этапе, начинается процесс сбора информации о внешней среде.

Во внешней среде анализируются политическая ситуация в стране, конкуренты в аналогичном секторе производства, потребители продукции, поставщики материальных ресурсов, рынок труда, рынок сбыта продукции, цена аналогичной продукции. Другими словами, проводятся маркетинговые исследования.

На втором этапе идет сбор информации о состоянии производственного объекта, где будет осуществляться изготовление продукции. Изучаются технологические, организационные и финансовые возможности этого объекта. Сведения об объекте должны быть представлены количественными данными ряда переменных, то есть показателей, которые характеризуют исследуемый объект. Полученные показатели позволяют применять на следующем этапе математические методы для переработки информации, что облегчает ее кодирование. На этом этапе определяются цели и выбираются критерии эффективности.

Третий этап характеризуется переработкой и преобразованием информации с помощью технических средств. При переработке и преобразовании используются в основном средства вычислительной техники и математические методы.

Принятие решений о выпуске продукции, востребованной рынком, осуществляется на четвертом этапе. Они базируются на основе переработанной и преобразованной информации, характеризующей как внешнюю, так и внутреннюю среду объекта.

На основании принятых решений, на пятом этапе, для их выполнения выдаются управляющие воздействия и команды, с помощью которых осуществляется процесс производства продукции. Они выдаются в виде планов, в которых определены объемы выпуска продукции, сроки ее производства, подразделения объекта, которые должны своевременно выполнять определенные действия.

Рис. 2.2. Этапы возникновения и переработки информации в производстве

Шестой этап характерен тем, что здесь реализуются принятые решения, выражающиеся в выполнении трудовых действий людей и работе машин, механизмов, автоматических линий и т. п. Идет процесс преобразования предметов труда из первоначального состояния в требуемое по замыслу конструктора.

Изменение первоначального состояния объекта под воздействием информационных процессов происходит на седьмом этапе. Такое изменение объекта происходит под влиянием информации, меняющейся в результате ее переработки.

Восьмой, заключительный, этап последовательности технологического процесса переработки информации характерен получением окончательной информации о произошедших изменениях в объекте в результате принятых и реализованных решений и подается на выход. Полученная информация анализируется, выявляются отклонения от заранее запланированных действий при производстве продукции, и в случае отклонений от плановых заданий принимается решение о регулировании хода процесса производства.

Системы, которые изучает кибернетика – это множество подсистем и элементов, соединенных между собой цепью причинно-следственных взаимозависимостей. Каждая машина или живой организм являются примером систем взаимосвязанных подсистем и элементов. Работа одних подсистем и элементов является причиной действия других подсистем и элементов.

Такая ситуация наблюдается в химических, биологических, машинных, социально-экономических процессах. Именно это дало возможность создать такую науку, как кибернетика. Кибернетика как наука занимается изучением систем произвольной природы, способных воспринимать, хранить и обрабатывать информацию, используя ее для управления и регулирования происходящих процессов. Как наука кибернетика сама по себе существовать не может. Она подпитывается за счет других наук и имеет тенденцию к саморазвитию (рис 2.3).

Исследование систем произвольной природы и происходящих при этом процессов требует привлечения самых различных наук. Кибернетику можно представить в виде двух составляющих: общая (теоретическая) и прикладная. Общая (теоретическая) кибернетика включает в себя в основном теории информации, программирования и систем управления. В прикладную входят техническая, биологическая, военная, экономическая кибернетики. Одним из важных разделов прикладной кибернетики является экономическая кибернетика, изучающая процессы, происходящие в системах народного хозяйства. При исследовании систем управления общими применяемыми методами как в общей, так и в прикладной кибернетике, являются «системный анализ», «исследование операций» и др.

Применение кибернетики в экономике служит как познавательным целям, так и хозяйственной практике. Познавательная цель достигается тем, что кибернетика позволяет по-новому рассматривать способы связей между подсистемами и элементами систем, способы построения и функционирования социально-экономических систем в целом и их частей. Например, механизм функционирования рынка, денежного обращения, обмена товаров через внешнюю торговлю.

Кибернетика открыла сходство и общность принципов, которым подчиняются системы взаимосвязанных действий, и привела к важным теоретическим и практическим последствиям. Теоретическое значение этого открытия состоит прежде всего в том, что она показала существование ряда принципов, присущих системам живой и неживой природы. Такими основными принципами являются:

Рис. 2.3. Кибернетика как совокупность наук

Рассмотрим сущность и содержание основных принципов, присущих системам живой и неживой природы.

Саморегулирование. Живые организмы, в том числе и человек, технические устройства, социально-экономические процессы отличаются способностью к саморегулированию. Например, птицы и млекопитающие автоматически, независимо от температуры окружающей среды, регулируют внутреннюю температуру своего тела, поддерживая ее на определенном уровне. Отсюда следует, что существует некий механизм регулирования, обеспечивающий, например, поддержание температуры тела человека на уровне около 37 градусов. Таким же образом поддерживается на определенном уровне кровяное давление и другие характеристики жизнедеятельности человека. В биологии такое явление называется гомеостазом.

В своей книге [4] Н. Винер показал, что принципы действия саморегулирования в живых организмах и в технических устройствах одни и те же. Он также утверждал, что принцип саморегулирования вполне возможен в управлении общественными и экономическими процессами.

Изоморфизм. Под изоморфизмом понимается соответствие соотношения закономерностей подсистем и элементов одной системы свойствам подсистем и элементов другой системы. Свойствам подсистем и элементам системы А соответствуют аналогичные свойства подсистем и элементов системы Б. В связи с этим, если изучаются именно эти свойства, то множества А и Б неразлучны и тождественны. Изучая одно из них, тем самым устанавливают свойства другого. Системы элементов, которые находятся в отношении изоморфизма, называются изоморфными.

С точки зрения кибернетики, имеется наличие изоморфизма в структуре и функциях управления в живых организмах, машинах и других системах. Организмы живой природы, которые рассматриваются с точки зрения управления и связей, существенно не отличаются от других сложных динамических систем. В частности, от автоматических линий. Например, структура нервных волокон человека в некоторой степени сходна со структурой связей автоматики и построена на одних и тех же принципах. Накопление и переработка информации у них имеет дискретный характер.

Как в живых, так и в неживых системах имеется другое структурное свойство, заключающееся в наличии у них контура обратной связи. Поэтому некоторые существенные особенности систем можно имитировать с помощью вычислительных машин. На изоморфизме основываются методы статистических испытаний с помощью вычислительной техники. Эти методы в настоящее время применяются в управлении производством.

Возможность моделирования с помощью вычислительной техники любых сложных динамических систем, процессов и ситуаций, в том числе процессов производства, позволяет считать, что вычислительная техника может быть изоморфной любой динамической системе. Поэтому эту технику можно называть кибернетической.

Обратная связь. Для систем любой природы необходимым условием их эффективного функционирования является наличие обратной связи, сигнализирующей о достигнутых результатах. На основании полученной информации о результатах функционирования системы идет процесс корректировки управляющего воздействия. Система обратной связи в упрощенном виде приведена на рис. 2.4.

Входная величина R воздействует на управляемый объект (процесс) и превращается в выходную величину Y. Величина Y с помощью канала обратной связи подается на вход, регулирует входную величину R и в виде управляющего сигнала X воздействует уже по-новому на управляемый объект (процесс).

В результате возникает связь, образующая замкнутый контур. Различают две формы связи: отрицательную и положительную. Отрицательная обратная связь уменьшает отклонение выходной величины от заданного значения, то есть стремится установить и поддерживать некоторое устойчивое равновесие.

Обратная связь, с точки зрения кибернетики, является информационным процессом, так как связана с переработкой информации, поступившей на вход R. Понятие обратной связи универсально. Оно используется в различных областях науки и техники. В биологических науках термин «обратная связь» часто фигурирует под названием «обратная афферентация».

Иерархичность управления. Под иерархичностью управления понимается многоступенчатое управление, характерное для живых организмов, технических, социально-экономических и других систем. При иерархическом построении систем нижние уровни управления отличаются большой скоростью реакции и быстротой переработки поступающих сигналов. Чем менее разнообразны сигналы, тем быстрее реакция – ответ на информацию. По мере повышения уровня иерархии действия становятся более медленными, но отличаются большим разнообразием. Они, как правило, идут не в темпе воздействия, а могут включать в себя размышление, сопоставление и т. п. Такие принципы широко используются при построении производственных организаций.

В качестве примера на рис. 2.5 приведена схема иерархического построения производственной организации, состоящей из трех уровней.

Рис. 2.5. Схема иерархического построения производственной организации

На верхнем уровне иерархии управления (ВУУ) производственной организации находится административно-управленческий аппарат организации (генеральный директор, технический директор, директор по экономике и финансам и др.), выдающие управленческие решения и команды на средний уровень управления (СУУ) – уровень цехов. После определенной переработки управленческой информации на среднем уровне информация поступает на нижний уровень иерархии управления (НУУ) – участки. Результаты переработки информации на нижнем уровне по каналам обратной связи передаются на верхний уровень управления. В случае отклонения хода процесса производства от заранее запланированных величин объемов реализуемой продукции, производительности труда и т. п. с помощью действий на верхнем уровне иерархии управления осуществляется регулирование хода процесса производства продукции.

В общем случае управление с иерархической структурой основано на том, что каждая из подсистем решает некоторую частную задачу в условиях относительной самостоятельности. Управленческие решения, в частности, прогнозные и оперативные планы, разработанные на верхнем уровне управления, постоянно координируются этим уровнем. При итеративном (обозначающем повторяющееся действие) характере выработки управленческих решений подсистем надлежащего уровня, их последующая координация верхним уровнем осуществляется во времени многократно.

В вычислительных машинах принцип иерархичности управления наиболее полно реализуется при микропрограммном управлении. В таком случае из центрального устройства на блоки местного устройства поступает обобщенный сигнал– код операции. Например, «сложить», «умножить». Местное устройство управления разбивает всю операцию на простые микрооперации или микрокоманды, выполняемые затем в необходимой последовательности.

Деление целого на подсистемы. Множество элементов, составляющих систему, объединяются в нее по определенному признаку или правилу. При введении некоторых дополнительных признаков и правил все множество элементов системы можно разделить на подмножества, выделяя тем самым из системы ее составные части – подсистемы.

Таким образом, любая система, состоящая из целого, в то же время состоит из множества подсистем, каждую из которых можно рассматривать как самостоятельную обособленную систему. И наоборот, любая система, представляющая собой нечто целое, в то же время является частью, подсистемой более масштабной системы.

Динамическая локализация. В кибернетических системах благодаря наличию связей между элементами реализуется принцип динамического размещения, то есть локализации информации, при которой сообщения передаются во временной последовательности по каналам связи. Следовательно, основным свойством динамической системы является организация структуры памяти в виде временной последовательности.

Тем не менее это не исключает статического размещения информации в элементах системы в течение определенного времени. Однако, последовательная во времени пересылка сообщений между элементами является главной предпосылкой организации функционирования такого множества элементов, как система. В общем случае из-за свойств дискретности процессов передачи информации представление о динамической локализации является обобщением понятия статической локализации и лежит в основе процессов ее сохранения в системе, которая может рассматриваться как структура памяти.

Любая система может быть рассмотрена как система памяти, организованная в соответствии с принципом динамической локализации. Одним из частных свойств системы в целом и отдельных ее элементов является свойство устойчивости к влиянию входных воздействий – свойство самовыравнивания. Свойство самовыравнивания определяется способностью элемента перейти под влиянием скачкообразно нанесенного входного воздействия в новое установившееся состояние без помощи регулятора.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: