Управление как система

 

Развитие общества и народного хозяйства невозможно без реализации определенного свода законов, правил, норм, алгоритма поведения общества в целом и его составляющих — производственных коллективов, неформальных объединений людей вплоть до семьи как первичной основы социума. Этот процесс воздействия на социум, на его материальное производство и является предметом изучения науки управления. Несомненно, что каждый объект управления (государство, отрасль, предприятие, коллектив, личность) характеризуется существенными особенностями, отличиями, но научные методы управления имеют в своем арсенале общие принципы и методы воздействия на любой управляемый объект. Теория, практика и искусство управления применяются руководителем для достижения цели своей деятельности и позволяют выработать стратегию, комплекс средств и методов для решения поставленных задач при персональной ответственности за принимаемые управленческие решения. Определение целей, стратегии управления и осуществление принятых решений с помощью производственного коллектива составляют основной комплекс функциональных обязанностей руководителя.

Каждый из управляемых объектов является системой, состоящей из отдельных, но взаимосвязанных частей, элементов. Причем система приобретает новые свойства, которыми не обладают составляющие ее элементы. Так, толпа — это не сумма отдельных личностей, это новое образование, новый организм со своими особенностями, который подчиняется иным законам, чем составляющие ее отдельные люди. В общем случае система состоит из множества взаимосвязанных элементов, каждый из которых обладает присущими ему свойствами, но в целом все они действуют целенаправленно. Информационные связи между элементами системы исследуются логическим и математическим аппаратом кибернетики.

Управление обеспечивает непрерывное и целенаправленное воздействие на управляемый объект, которым может быть технологическая установка, коллектив или отдельная личность. Управ­ление есть процесс, а система управления — механизм, который обеспечивает этот процесс. Любой динамический процесс, в котором могут участвовать и люди, состоит из отдельных процедур, операций и взаимосвязанных этапов. Их последовательность и вза­имосвязь составляют технологию управленческого (в нашем случае) процесса. Строго говоря, технология управления состоит из информационных, вычислительных, организационных и логических операций, выполняемых руководителями и специалистами различного профиля по определенному алгоритму вручную или с использованием технических средств. Технология управления — это приемы, порядок, регламент выполнения процесса управления.

Часто технологический процесс управления осуществляется в условиях неопределенности, при неполноте исходной информации. Однако дефицит информации не является непреодолимым препятствием для принятия прогнозного управленческого решения. Например, при изменении условий внешней среды предприятие, стремящееся к выживанию и достижению максимальной прибыли, будет адекватно реагировать на эти изменения и механизм адаптации предприятия, принимаемые управленческие решения мо­гут быть многовариантными (невольно напрашивается аналогия с естественным отбором в биологической эволюции).

Управление производством, как и управление, коллективом, является процессом, характеризующимся совокупностью операций и методов воздействия управляющей подсистемы на управляемую.

Управленческая операция — законченное и целесообразное действие, направленное на выполнение конкретной задачи технического, организационного или социального характера. Каждая операция выполняется в соответствии с определенными правилами, инструкциями и должна быть увязана с предыдущими и последующими операциями технологического цикла. Прохождение операций во времени и пространстве и составляет процесс управления (рис. 2).

6

5

4

3

2

1

а

 

б                                       

6

4

2

 

в                                       

1

6

5

3

 

 

Рис. 2. Порядок выполнения операций:

а — последовательный; б — параллельный;

в — параллельно-последовательный

 

При последовательном сочетании операций каждая последующая начинается после окончания предыдущей, при параллельном — одновременно выполняются отдельные процедуры, что ускоряет процесс и создает условия для групповой обработки информации. Системы управления должны быть динамичными и детерминированными, т.е. обеспечивать реакцию на изменения окружающей среды и взаимосвязь элементов, подразделений органов управления. Если в организационной структуре есть элемент, действия которого не влияют на поведение системы и не реализуют ни одну из целей ее функционирования, то это является верным признаком ненужности этого элемента.

Управление не может претендовать на статус точной науки, поскольку процесс управления протекает в условиях значительной неопределенности и для него характерно множество внешних и внутренних переменных. Однако наука управления позволяет систематизировать, анализировать управленческий процесс и разрабатывать рекомендации по его оптимизации. Принципиально процесс управления характеризуется двумя основными составляющими: управляющей системой и объектом управления. Этими составляющими могут быть руководитель и подчиненный, диспетчер и заводские цехи, человеческий мозг и управляемые им через нервную систему органы. Основная особенность процесса управления — единство и взаимосвязанность его составных частей, что обеспечивается обратной связью. В этом случае управление осуществляется по замкнутому циклу.

 

ОС

 

 

Обратная связь

Рис. 3. Принципиальная схема управления

 

Информация о состоянии управляемого объекта по каналу обратной связи поступает в орган сравнения (ОС) системы, который может внести необходимые коррективы в процесс управления.

Различают технические системы (энергосистемы, нефте-, газопроводы, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс и т.д.), социально-экономические системы (отдельные предприятия, отрасли, транспортные системы, сфера обслуживания и торговля и т.п.) и отдельно выделяют особо сложные системы — организационные, основным элементом которых является человек — элемент сам по себе сложный, активный и далеко не всегда предсказуемый.

Для оптимизации и особенно автоматизации управления необходимо разрабатывать формализованные модели, но составить модель организационной системы весьма трудно, а иногда и просто невозможно. Однако в организационных системах именно человек принимает управляющие решения, и потребность в формализации его действий особенно велика. Организационные системы находятся в состоянии постоянного развития, которое связано с появлением новых потребностей, с постоянным изменением хозяйственного механизма, внутренних и внешних условий, а это влечет за собой изменение связей между элементами системы и всей системы в целом. Можно констатировать, что основной задачей организационной системы является динамическое управление совокупностью взаимосвязанных объектов с изменяющейся структурой.

Для удобства изучения и совершенствования систем выполняется декомпозиция систем, т.е. их расчленение на группы элементов, объединяемых по какому-то определенному признаку и называемых подсистемами.

Если процесс управления осуществляется человеком (оператор, диспетчер, в общем случае — руководитель), то такая система называется неавтоматической (рис. 4). Воздействие на управляемый объект в таких системах может осуществляться различными способами: механическим или электрическим (гидравлический или пневматический привод, изменение величины тока, напряжения или частоты переменного тока, комбинация электрических импульсов — системы телемеханики и т. д.), по телефону или с помощью другого устройства связи, если управляемый объект имеет исполнителей. Все эти средства передачи сигналов управления образуют цепь управления объектом.

Сигналы управления

 

Руководитель

Управляемый объект

Инструкция

 

Сигналы информации

Рис. 4. Схема неавтоматического (ручного) управления объектом

 

Для целесообразного управления объектом руководитель должен иметь информацию о его состоянии с помощью приборов или через исполнителей. Эта информация поступает руководителю по каналу обратной связи, сравнивается с требуемым режимом работы, и в случае необходимости на управляемый объект посылаются сигналы регулирования. Следует подчеркнуть, что объектом управления может быть не только техническое устройство, технологическая линия, но и такие сверхсложные управляемые системы, как коллектив, семья, личность. В этом случае управление системой часто бывает весьма трудным, требующим большого опыта, знаний и искусства, так как ее реакции на команды управления зачастую неадекватны, иногда даже непредсказуемы и парадоксальны.

В автоматических системах управления технологический процесс осуществляется без непосредственного участия человека (рис. 5). В этих случаях роль человека передается регулятору, который на основании полученной информации принимает соответствующее решение (эта антропоморфная, "человекоподобная" терминология прочно укрепилась в науке и технике, хотя, естественно, регулятор не "думает" и не "принимает решений").

 

Сигналы управления

 

 

Программа

 

 

Рис. 5. Схема автоматического управления объектом

 

Функции одного из самых совершенных регуляторов обычно выполняет компьютер с его колоссальным быстродействием и практически неограниченной памятью. И очень существенно, что решения компьютера абсолютно объективны, он не знает состояния похмелья, ему нельзя предложить взятку, он не реагирует ни на голубые, ни на карие глаза и не подвержен стрессам.

Комплексная автоматизация является основным направлением научных и практических исследований, имеющих целью повышение производительности труда, принципиальное увеличение надежности работы систем и создание новой информационной технологии. Области применения автоматизированных систем постоянно расширяются, они поглощают все новые и новые сферы привычной деятельности человека. Им поручается управление особо сложными технологическими процессами, доверяются системы контроля и управления системами жизнеобеспечения, автоматические системы незаменимы для управления быстро протекающими во времени или опасными для жизни человека технологическими процессами. Ведь кто-то сейчас, в эту минуту, управляет технологическим процессом производства взрывчатых веществ — пороха, динамита, тринитротолуола, нитроглицерина, кто-то занят производством высокотоксичных, ядовитых медицинских препаратов — во всех этих производственных процессах участие человека крайне нежелательно. Весь комплекс космических исследований, наведение ракеты на стратегическую цель, управление сложными энергетическими системами, где процессы протекают практически мгновенно, системы защит, блокировок, ввода резерва — ведение всех этих технологических процессов, как и многих других, совершенно невозможно без автоматических систем управления. И магистральный путь современной науки и техники — передать из ненадежных рук человека управление возможно большим количеством объектов системам комплексной автоматики, чтобы не повторились аварии и катастрофы типа чернобыльской. Из всего спектра автоматических систем (информационных, обработки информации, советующих) наиболее перспективными являются автоматизированные системы принятия решений, в которых вариант решения, рассчитанный компьютером и сверенный с системой целей, принимается к исполнению автоматически через соответствующие исполнительные механизмы.

Любопытно сравнить автоматическую систему управления с системой управления и регулирования, действующей в живом организме (нам нужны будут эти аналогии). Великий русский физиолог И. П. Павлов писал: "Животный организм как система существует среди окружающей природы только благодаря непрерывному уравновешиванию этой системы с внешней средой, т.е. благодаря определенным реакциям живой системы на попадающие на нее извне раздражения, что у более высших животных осуществляется преимущественно при помощи нервной системы в виде рефлексов". Центральная нервная система (спинной и головной мозг), выполняющая функции регулятора, связана через двигательные нервы с органами, являющимися управляемыми объектами (рис. 6).

Управляющие импульсы

 

 

Рис. 6. Схема управления органами живого организма

 

Рассматривая приведенные схемы управления, можно сделать вывод об их существенном структурном сходстве и о совпадении функций аналогичных элементов различных систем управления. Во всех рассмотренных системах, где роль управляющего объекта выполняет человек, регулятор или мозг, имеется замкнутый контур управления, по которому циркулирует информация, — канал связи. По каналам связи информация может быть передана различными способами: механическим, пневматическим, электрическим или с помощью нервных коммуникаций в живых организмах. Это удивительное подобие процессов управления и регулирования в машинах, живых организмах и даже в обществе (причем не только в человеческом, но также среди животных, насекомых) уже давно было отмечено учеными различных отраслей знания, изучалось ими, и можно было предвидеть выход на новые рубежи знания.

 

Кибернетика

 

Такой прорыв произошёл в 1948 г., когда профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер опубликовал свою знаменитую книгу "Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине", провозгласив рождение новой науки.

Кибернетика объединила важнейшие достижения в теории автоматического регулирования, теории информации и во многих разделах других научных дисциплин, формально весьма далеких от кибернетики, на основе фундаментального математического аппарата теории вероятностей, теории функций и математической логики. Основой этого интеграционного процесса является важнейшее и объединяющее свойство систем управления — процесс приема, передачи, хранения и переработки информации.

Кибернетика определила фундаментальные основы управления и позволила установить общие свойства в различных средах — в природе, обществе, технике. Знание общих свойств окружающего мира дает возможность формализовать многие процессы в этих средах, применив мощный математический аппарат и средства компьютерной техники.

В состав кибернетики как единого целого включены следующие частные области знания: общая теория управления, включая и теорию автоматизированного управления, теория информации (причем рассматривается не только теоретическая сущность информации, но и комплекс проблем по ее обработке и использованию), теория исследования операций, т.е. методология принятия управленческого решения, теория алгоритмов и программ как базы логико-математического моделирования и, наконец, теория совершенствования и разработки новых технических средств управления.

Необходимость объединения ученых различных отраслей знания часто подчеркивалась Винером, который был противником узкой специализации, дробления науки на бесчисленные изолиро­ванные направления. Противоестественно, считал он, если узкий специалист, столкнувшийся с проблемой не его специализации, будет рассматривать ее "как нечто, относящееся к коллеге, который работает через три комнаты дальше по коридору". Существует много мудрых определений кибернетики как науки. Позволительно дать еще одно: кибернетика изучает вопросы управления, связи, контроля и регулирования, приема, хранения и обработки информации в любых сложных динамических системах. Если в любой сложной разбивающейся системе, будь это технологическая линия, животное, человек или общество, происходят процессы приема, обработки, хранения и выдачи информации, то эта система попадает под действие законов кибернетики.

Принципы, философские и социальные аспекты кибернетики, и особенно ее технические средства, революционно обогатили современную теорию управления, создали необходимые предпосылки для создания мощных человеко-машинных систем, способных обрабатывать информацию с совершенно невиданной скоростью в колоссальных объемах и освободивших человека от рутинного ручного труда. Без использования методов кибернетики были бы принципиально невозможны многие последние достижения человеческой мысли: освоение космоса, управление особо сложными, быстро протекающими во времени или опасными для жизни человека технологическими процессами. Появились и новые направления науки, такие, как бионика, изучающая особенности строения и жизнедеятельности живых организмов с целью создания новых приборов, механизмов и систем; биологическая кибернетика, создавшая систему автоматизированного искусственного кровообращения ("искусственное сердце"), и автоматизированные системы управления, которые обеспечили подъем методов управления во всех сферах народного хозяйства на принципиально новый уровень.

Кибернетика как самостоятельная научная дисциплина имеет следующие особенности:

— философские аспекты кибернетики расширили наше представление о мире, введя кроме материи и энергии новую категорию — информацию;

— кибернетика рассматривает управляемые системы в динамике, в развитии и во взаимодействии с другими внешними системами;

— кибернетика широко использует методы моделирования, т.е. исследует эмпирические или физические модели реально существующих технологических процессов с помощью математического аппарата. Другой универсальный метод кибернетики — метод исследования операций — позволяет выполнять количественный анализ любой целенаправленной деятельности человека в сфере управления.

Длительное время методы алгоритмизации и программирова­ния применялись в основном для исследования стационарных или непрерывных реальных процессов. Относительная простота моделируемых объектов, большие объемы и полнота информации создавали необходимые предпосылки для эффективности алгоритмизации и компьютерной обработки. Однако жизнь выдвигала новые задачи, для которых характерны сложность исследуемого процесса и ограниченный объем исходной информации. Такого типа задачи человек успешно решает ежедневно, не прибегая к помощи вычислительной техники.

Долгие кропотливые исследования и размышления о способности человека решать сложные задачи в условиях недостаточности исходной информации привели к созданию качественно новых методов программирования, получивших название эвристических. Кибернетика весьма успешно разрабатывает эвристические методы, и круг практического применения эвристического программирования постоянно расширяется. Особенно перспективны эти методы при решении задач распознавания образов, теории поиска и творческой деятельности человека. Большие успехи теоретических исследований по многим направлениям кибернетической мысли и ошеломляющие темпы совершенствования вычислительной техни­ки, позволившие создать компьютеры, обрабатывающие информацию со скоростью порядка триллиона операций в секунду и обладающих практически безграничной памятью, позволили человечеству приблизиться к созданию искусственного интеллекта. Оптимисты надеются проникнуть в святая святых Жизни — в тайны биологического программирования, расшифровать генетические коды, разгадать тайны наследственности.