- •Конспект книги а.Г. Мамиконова «Управление и информация понятие управления Задачи управления
- •Основные методы и функции управления
- •Теория принятия решений
- •Принятие решений в конфликтных ситуациях
- •Роль информации в управлении Понятие информации и ее характеристики
- •Информация в системах управления с обратной связью и управление при неполной информации
- •Информация о состоянии внешней среды и управляемого объекта
- •Свойства и характеристики информационных потоков в управлении Консервативность информационной системы
- •Семантическая ценность информации изменение ее во времени
- •Дерево целей и информации
- •Достоверность информации Источники, и причины искажения информации
- •Избыточность как средство повышения достоверности
- •Выявление недостоверной информации
- •Способы повышения достоверности
Конспект книги а.Г. Мамиконова «Управление и информация понятие управления Задачи управления
Основой управления является процесс принятия решений. Как известно, с необходимостью принимать решения человек и человечество сталкиваются с первых дней своего становления как разумного существа или общества.
Для того чтобы управление было реальным и не представляло собой распоряжений, которые трудно или невозможно выполнить, необходим ряд условий.
1. Кроме управляющего органа, должен существовать объект управления, на изменение состояния которого и направлены управляющие воздействия.
В качестве объекта управления можно рассматривать отдельный механизм или машину, живой организм или его часть, рабочего или бригаду, цех или предприятие, воинское подразделение или театральный коллектив, отрасль народного хозяйства и т. п. Именно общность принципов управления такими разнохарактерными объектами позволила Винеру определить кибернетику как науку об управлении и связи в механизмах, организмах и обществах. При изучении таких объектов с точки зрения управления первостепенное значение имеют взаимные связи между ними и между более мелкими объектами, из которых они сами состоят. Совокупность объектов, рассматриваемых как связное целое, называют системой. В дальнейшем мы будем употреблять этот термин как белее распространенный в настоящее время, называя объект управления управляемой системой, а управляющий орган — системой управления.
2. Управляемая система должна обладать способностью переходить в различные состояния. Под этим можно понимать перемещение в физическом пространстве, изменение скорости и направления движения или каких либо свойств.
Практически всегда можно выделить некоторые параметры, численные значения которых характеризуют состояние системы в каждый момент времени. Для физического объекта — это масса, геометрические размеры, температура, скорость, цвет; для станка — производительность, потребляемая энергия, число оборотов или скорость движения рабочего органа; для предприятия — количество работающих, выпуск продукции по каждому наименованию, себестоимость, прибыль и другие показатели.
В каждом конкретном случае, выделив перечень параметров, с определенной точки зрения достаточно полно характеризующих управляемую систему, мы определяем многомерное пространство состояний, в которых может находиться система. Задавая границы возможных значений каждого из независимых параметров системы, определяют, область пространства состояний, в которой может находиться изображающая точка — область допустимых состояний.
Любое состояние системы характеризуется набором численных значений каждого из выделенных параметров и отображается в пространстве состояний некоторой точкой, которую называют изображающей точкой. Изменению состояния системы соответствует перемещение изображающей точки в пространстве состояний. Это пространство может быть непрерывным, если параметры системы могут принимать непрерывный ряд значений, как, например, температура, скорость, или дискретным, если параметры могут принимать лишь некоторые конечные значения, например, количество рабочих, число работающих механизмов и т. д. Число измерений пространства состояний равно числу независимых параметров, определяющих состояние системы.
Управление заключается в воздействии на управляемую систему таким образом, чтобы она переходила из одного состояния в другое. При этом изображающая точка движется в области допустимых состояний. Если состояние системы жестко зафиксировано, то понятие управления теряет смысл.
3. Система управления должна иметь реальную возможность изменять состояние управляемой системы в соответствии с принимаемыми решениями. В общем случае решения выдаются в виде управляющих воздействий, поступающих на исполнительные органы, которые и осуществляют изменение состояния управляемой системы. Если решения, принимаемые системой управления, очень слабо или никак не влияют на изменение состояния управляемой системы, то фактически управления в этом случае не существует.
4. Всякое разумное управление должно быть целенаправленным, а не представлять собой набор случайных, ничем между собой не связанных управляющих воздействий. Это означает, что должна быть известна цель управления. Под этим понимают некоторое конечное состояние системы, набор количественных значений параметров, характеризующих состояние системы, которые надо обеспечить на данной стадии управления. В пространстве состояний цель отображается точкой, в которую надо перевести систему из того состояния, в котором она в данный момент находится. Если цель управления неизвестна, управление системой не имеет смысла. Движение системы, не имеющей конечной цели, превращается в бесцельное блуждание.
5. Система управления должна иметь возможность выбора принимаемого решения из некоторого набора или множества возможных решений. Чем меньше это множество, чем уже возможность выбора решений у управляющей системы, тем менее эффективно управление. Это объясняется тем, что в условиях жестких ограничений наиболее эффективные решения часто остаются за пределами разрешенной области. Если у управляющей системы имеется лишь единственное возможное решение, нет никакой возможности выбора, то такая система фактически не осуществляет управления.
6. Система управления должна располагать материальными, финансовыми, трудовыми и другими ресурсами, обеспечивающими реализацию выбранных управляющих воздействий. Отсутствие таких ресурсов не дает реальной возможности движения по выбранной траектории, что равносильно отсутствию свободы выбора. Управление без ресурсов, обеспечивающих реализацию управляющих воздействий, невозможно.
7. Для правильного выбора характера и степени управляющих воздействий управляющая система должна звать не только цель, не только конечное состояние, к достижению которого она стремится, но я текущее состояние управляемой системы, где она находится в данный момент. Только в этом случае может быть выбран правильный путь или траектория движения системы и приняты решения, направляющие ее по этому пути. Без информации о состоянии управляемой системы управление или невозможно, или, в лучшем случае, неэффективно.
8. Управляемая система находится под воздействием не только системы управления, но и той среды, которая ее окружает и на которую она сама в определенной степени влияет. Благодаря наличию взаимосвязей между всеми объектами, явлениями и процессами в природе движение управляемого объекта или изображающей точки в пространстве состояний происходит как под влиянием управляющих воздействий системы управления, так и под воздействием внешней среды. Эти воздействия могут отклонять движение системы от выбранной траектории, Естественно, что чем лучше известно поведение системы под влиянием внешних воздействий и чем полнее сведения о самих внешних воздействиях, тем более правильно могут быть выбраны управляющие воздействия. Отсутствие информации о внешней среде и поведении управляемой системы под ее влиянием снижает эффективность управления.
9. Чтобы управлять наилучшим образом, надо уметь оценивать качество управления, т. е. иметь критерий эффективности. Основной оценкой качества управления можно считать степень достижения цели. При этом в пространстве состояний обычно выделяется некоторая область, включающая точку цели. Достижение цели, рассматривается как перевод управляемого объекта в такое состояние, при котором изображающая точка находится внутри выделенной области. Это равносильно тому, как при стрельбе по мишени лучший результат определяется попаданием в некоторую зону вокруг точки геометрического центра — «яблочко». Если цель еще не достигнута, эффективность управления определяется расстоянием до нее.
Определение цели не всегда входит в: задачу управляющего органа, чаще всего цель задается некоторым вышестоящим органом. Это связано с тем, что определение цели есть по существу вопрос экономической или социальной политики, а в военных системах — вопрос стратегии. Чем выше уровень управления, тем теснее связана цель с общегосударственными и национальными проблемами или интересами всего человечества и тем труднее ожидать, что цель будет каким-либо образом задана. Определение цели становится одной ив задач системы управления.
Во многих случаях цель задается не точкой, а некоторым направлением движения, по которому управляющий орган должен вести объект как можно дальше. Такая целевая функция определяет нечто, что необходимо максимизировать или минимизировать. При определении целевой функции для некоторого производства обычно стремятся минимизировать то, что расходуется — сырье, энергию, трудовые и финансовые затраты, или максимизировать то, что производится — количество выпускаемой продукции, энергии, услуг и т. п. Одновременно учитывают необходимые ограничения. Типичными являются требования максимума прибыли при установленной нижней границе объема продукции или максимума продукции при определенной верхней границе затрат на ее выпуск и т. п. Недопустимо включать в целевую функцию противоречивые требования, например, максимизации выпуска продукции при одновременной минимизации затрат, так как максимум одной составляющей не совпадает с минимумом другой; одновременно достигнуть и того и другого невозможно. Если оставить только одно требование минимизации затрат, то наилучшим решением будет полное прекращение выпуска продукции, ибо тогда затраты достигнут минимума, равного нулю. В этом случае одно из требований должно иметь вид ограничения.
Во многих случаях целевую функцию удается получить в виде суммы нескольких составляющих с некоторыми коэффициентами, т. е. получить ее линейной и аддитивной. Например, если необходимо максимизировать функцию Р, представляющую собой доход от выпуска n изделий, целевая функция имеет вид
max F= ,
где — цена единицы, xi — количество изделий 1-го вида.
Ограничения могут представлять собой неравенства, содержащие параметры, входящие в целевую функцию, типа
,
где bi, например,— расход сырья на единицу i-го вида изделий; с — общее количество сырья.
Задачи подобного типа решают с помощью специального математического аппарата — линейного программирования.
Кроме степени достижения цели качество управления можно оценивать некоторым другим критерием, определяющим выбор траектории движения к заданной цели.
Между двумя точками в пространстве состояний, отображающими текущее состояние управляемой системы и заданную цель, существует множество возможных путей или траекторий движения, из которых надо выбрать наиболее эффективный. Однако для осуществления такого выбора надо сначала определить, какой смысл вкладывается в понятие «наиболее эффективный» — самый короткий, или самый быстрый, что далеко не одно и то же, или самый дешевый и т. д.
Ведь далеко не всегда справедливо выражение «цель оправдывает средства», иногда возможные средства могут оказаться такими, что впору отказаться от достижения цели. Поэтому не менее, а иногда и более важным, чем определение цели системы, является определение критерия эффективности, но которому выбирается траектория движения системы. Эта важная и трудная задача плохо поддается формализации, так как по существу является отражением нашей точки зрения на то, чего мы хотим от системы управления, а формально обосновать такое желание не всегда возможно. Наконец, критерием эффективности системы управления может служить точность, с которой она ведет управляемую систему по выбранной траектории, находятся ли неизбежные отклонения в допустимых пределах. Не определив критерий эффективности, не сказав, «что такое хорошо и что такое плохо», невозможно оценить качество управления.
Задачи управления, с необходимостью решения которых приходится иметь дело человеческому обществу, непрерывно усложняются и возрастают количественно. Возрастающие масштабы общественного производства приводят к обращению в производстве громадных материальных, людских, финансовых и энергетических ресурсов. Незначительное в процентном отношении снижение точности управления, практически неизбежное при ручной переработке больших объемов информации коллективами людей, вызывает ощутимые абсолютные потери в масштабах народного хозяйства.
Если при небольших размерах производства ошибки управления приводят в худшем случае к полной ликвидации отдельных производств, что сказывается на судьбе сравнительно небольшой группы людей, то и при современных масштабах производства, имеющего тенденцию к дальнейшему укрупнению и централизации, неверное управление производством может привести и приводит в ряде случаев к нежелательным последствиям, влияющим на жизнь десятков и сотен тысяч людей.
Количество информации, которую надо переработать для выработки эффективных управляющих воздействий в современных системах административно-организационного управления, так возросло, что намного превышает возможности человека. Управление сложной системой осуществляется группой, коллективом людей. Однако количественный рост числа людей, участвующих в управлении, не может обеспечить должного его качества. Речь идет даже не о том, что общество не может допустить сохранения существующих темпов роста численности аппарата управления, поглощающего все большую часть его членов. Гораздо важнее, что уже в настоящее время, объемы информации, которую необходимо переработать в процессах управления, превышают возможности всех людей, вместе взятых.
Это хорошо показано академиком В. М. Глушковым, который ввел понятие «информационного барьера», возникающего при управлении экономическими системами.
Всякая экономическая система может быть представлена в виде совокупности составляющих ее объектов, связанных между собой материальными и информационными потоками, которыми они обмениваются или могут обмениваться.
В результате научно-технического прогресса возникают не только новые объекты и их связи между собой и с ранее существовавшими объектами, но появляются также и дополнительные, новые связи между ранее существовавшими объектами. Оба эти обстоятельства приводят к тому, что рост числа связей значительно превышает рост числа объектов. В свою очередь, сложность задач управления материальными и информационными потоками, т. е. связями между объектами, измеряемая числом необходимых арифметических и логических операций, растет, вообще говоря, быстрее роста числа связей, что объясняется, в частности, необходимостью учета их взаимного влияния.
Будем, однако, для простоты считать сложность управления линейной функцией числа связей, относя каждой связи определенное количество элементарных арифметических и логических операций. При этом мы можем только занизить сложность управления относительно фактической. Проведенные выборочные наблюдения показывают, что за последние 20—30 лет рост числа связей в экономических системах выражается не менее чем квадратичной функцией от числа объектов, в частности, от суммарного числа людей и единиц оборудования, занятых в материальном производстве.
Если обозначить через п число людей, занятых в материальном производстве, и через т — число единиц оборудования, то при сделанных упрощающих предположениях суммарную сложность задач управления можно оценить функцией с (т+п)2, где с — некоторая константа.
Пропускную способность человека при решении задач управления можно упрощенно определить как некоторое количество А арифметических и логических операций, выполняемых в единицу времени. Суммарную возможность переработки информации коллективом из п человек можно тогда оцепить величиной Ап.
Как наглядно видно на рис. 1, любая экономическая система при достижении в своем развитии достаточно больших размеров, с точки зрения сложности задач управления, проходит две критические точки: точку 1, в которой с(т+п)2=А, и точку 2, где с(т+п)2=Ап.
В. М. Глушков называет эти критические точки соответственно первым и вторым информационным барьером. Очевидный смысл этих барьеров заключается в том, что после прохождения первого информационного барьера система не может удовлетворительно управляться одним человеком, а после второго для этого не хватит уже всех участвующих в производстве ладей, вместе взятых.
Первый информационный барьер был преодолен человечеством в глубокой древности. По мере роста и объединения небольших замкнутых экономических систем типа племени, рода, которыми достаточно эффективно мог управлять один человек, был достигнут информационный барьер, поставивший практику управления перед необходимостью искать выход. Этот выход был найден главным образом в виде двух механизмов, каждый из которых позволял распределить решение задач управления между многими людьми.
Первый из этих механизмов заключается во введении иерархической, многоступенчатой структуры системы управления. В этом случае один человек управляет небольшим коллективом людей, элементарным производственным
Рис. I. Информационные барьеры
объектом; на каждой более высокой ступени, более высоком уровне один человек управляет небольшим коллективом людей, являющихся управляющими уровня, расположенного на одну ступень ниже, а уже через них — всем производством. Такие иерархические системы, в которых задачи управления явным образом распределены между многими людьми, оказались весьма жизненными во многих областях деятельности — при управлении производством, воинскими соединениями, в коммерческих системах, органах государственной власти и т. д.
Вторым механизмом, решающим ту же задачу косвенным путем, явились товарно-денежные отношения. При свободном колебании уровня цен каждый акт купли-продажи на рынке влияет на этот уровень, а через него — на уровень производства. Потенциально товарно-денежные отношения создавали возможность вовлечения таким косвенным и не слишком эффективным путем всего взрослого населения в решение задач управления производством.
Преодоление первого информационного барьера позволило в течение довольно долгого времени достаточно эффективно управлять непрерывно усложняющимся производством путем совершенствования иерархической структуры управления, товарно-денежных отношений и других механизмов. Однако преодолеть на этой основе второй информационный барьер невозможно, так как эти механизмы позволяют лишь вовлечь в процессы управления большее число людей, а для его преодоления недостаточно всех людей, вместе взятых.
Чтобы определить момент прохождения второго информационного барьера, пока что используются лишь грубые качественные оценки сложности существующих задач управления и пропускной способности человека в системе управления. Оценка сложности задач управления основана на подсчете числа математических операций, необходимых для решения объективно существующих задач управления. Наиболее часто приходится решать задачи управления двух типов: согласование календарных планов производства с планами материально-технического снабжения и задачи наилучшей загрузки оборудования.
Для таких разлитых индустриальных стран, как СССР, и США, оценка снизу сложности задач управления к началу 70-х годов составляла около 1016 арифметических операций в год. Для пропускной способности человека принята оценка сверху 106 арифметических операций в год. Эта оценка получена двумя способами. При использовании настольного клавишного арифмометра человек может выполнить приблизительно 0,5x106 арифметических операций в год. С другой стороны, для такой простейшей операции, как сравнение двух цен (или других чисел), учитывая, что их надо предварительно прочитать, можно принять оценку порядка 10 секунд. Считая, что в году 30 млн. секунд, из которых для решения задач управления используется не более одной трети, получаем 106 операций в год. Следовательно, число людей, необходимых для удовлетворительного решения задач управления в больших индустриально развитых странах, составляет по оценке снизу 1016:106=1010 человек, что превышает все население земного шара, включая грудных младенцев.
Это показывает, что экономика индустриально развитых стран уже прошла второй информационный барьер. На этом этапе развития общества все большее значение приобретает задача повышения производительности труда человека в сфере управления.
Именно трудности управления современным производством, необходимость поиска принципиально новых путей совершенствования управления объясняют тот интерес, который проявляется к этой области человеческой деятельности в последние годы, объясняют быстрое развитие науки и практики управления, создание нового математического аппарата и экономико-математических методов, использование вычислительной техники и разработку автоматизированных систем управления.