647

фессиональных языков. Базой дисциплин являются комплексы системных моделей и исследования на их основе.

5.Принцип органического единства — всякое тщательное и всестороннее изучение задачи не существует само по себе, а является отражением интересов группы людей и позволяет свести к минимуму расхождение поставленных целей и задач, их формулировок и выбора методов решения

вих диалектической взаимосвязи и взаимообусловленности. Единство формализованного и неформализованного подходов в комплексе моделей исследуемой системы позволяет вырабатывать альтернативные решения, зачастую оказывающие определяющее значение на точность и результативность расчетов.

6.К понятию сложных систем автор правомерно полагает отнести бизнес-процессы, охватывающие совокупность различных организационно-технологических решений, направленных на получение как новой продукции и услуг, реализуемых в рамках инновационных технологий в территориально удаленных географических районах в разных часовых поясах, в разных организаци- онно-правовых образованиях и с обязательным использованием современных средств вычислительной техники. Это дает основание автору ввести следующий принцип СА.

Принцип виртуального управления как процесс принятия решений в условиях процесса инфор-

мационного взаимодействия субъектов управления методами СА по всем фазам бизнес-процессов, реализуемых географически разобщенными индивидуумами, группами, организационными единицами при обязательном участии информационных технологий на основе систем управления распределенными базами данных, базами знаний, экспертными системами для достижения коммерческих и социальных целей.

3.3. Последовательность проведения системного анализа транспортных систем

По мере развития методологии общей теории систем, системного подхода и системного анализа формировался и механизм их проведения. Исторически к первым работам в этой области можно отнести работы [9, 33, 94]. Первая из них базировалась на исследованиях применительно к задаче синтеза системы сбора и обработки больших объемов информации. Существуют и другие точки зрения на общую последовательность проведения СА. Отличия их состоят, в основном, в трактовках отдельных этапов проведения СА, а не самим порядком следования этапов. Отчасти — это объяснимо именно характером применения СА к тем или иным задачам. В более общем плане формирования последовательности проведения СА для социально-экономических систем, к которым относятся транспортные системы, являются представления, приведенные в [116].

Большинство авторов по системным исследованиям исходят из постулата об использовании в качестве научного инструмента СА модели или набора моделей изучаемой системы, так и моделей, позволяющих достичь наиболее полного изучения свойств объекта исследования.

Под сложными системами будем понимать системы, изучение которых возможно на разработке новых общенаучных методологических средств, требующих нетрадиционных методов исследования. Именно к таким автор относит транспортные системы, динамика развития которых опережает классические методы познания ее подсистем и отдельных компонентов.

В связи с осознанием ограниченности оптимизационных методов большое внимание стало уделяться имитационному подходу к анализу проблем принятия решений, который имеет важные преимущества перед другими экономико-математическими методами [6, 28, 72, 131].

Имитационное моделирование дает возможность широкого использования математического аппарата и вычислительной техники для исследования хода экономических процессов. При этом модель исследуемого явления не выбирается из какого-либо определенного заранее класса. Она должна разрабатываться с учетом требования максимального приближения к исследуемым процессам, точности воспроизведения при различных горизонтах планирования и уровнях управления, на которых находится ЛПР.

Под имитационным моделированием будем понимать воспроизведение и исследование процессов или явлений на имитационной модели с помощью ЭВМ или других технических средств.

Различают два вида имитации: статическую и динамическую. При статической имитации проигрывается моделируемая ситуация при различных начальных условиях. При динамической имитации рассчитывается поведение системы в течение длительного времени без изменения начальных условий и параметров модели.

Если при имитации учитывается воздействие случайных факторов, то такая имитация называется стохастической. Если влияние случайных факторов не учитывается, то имитация называется детерминированной.

63

Применительно к транспортным системам примем следующую классификацию имитационных моделей (рис. 3.1) по аналогии, предложенной Воробьевым В.С. в [28].

Рис. 3.1. Классификация имитационных моделей

Динамические модели — модели, имитирующие перевозочный процесс во времени. Статические модели — модели, имитирующие состояние транспортной системы или участка

дороги в заданный момент времени.

Стационарные модели — модели, имитирующие состояние или процесс перевозочного производства, у которого при действии внешних возмущений параметры зависят только от интервала времени между моментом начала действия входного возмущения и текущим моментом времени.

Нестационарные модели — модели, имитирующие перевозочный процесс, параметры которого зависят от текущего времени и времени начала действия внешних возмущений (например, процесс перевозок или ремонтных работ, зависящий от сезонных периодов).

Непрерывные во времени модели — модели, у которых параметры производства определены для любого момента времени.

Дискретные во времени модели — модели, у которых параметры производства определены в дискретные моменты времени.

Пространственные модели — модели, имитирующие процесс в пространстве (линейнопротяженные, объемные объекты).

Сосредоточенные модели — модели, не учитывающие пространственных координат транспортных объектов.

Детерминированные модели — модели, в которых выходные параметры, получаемые в процессе имитации, однозначно определяются через исходные параметры, ограничения и целевую функцию.

Стохастические (вероятностные) модели — модели, учитывающие при имитации воздействие случайных факторов на процессы железнодорожного транспорта.

Общим для приведенных моделей или их комплекса должно быть отражение связей в изменении поведения системы с показателями эффективности такого поведения. Модель функционирования системы в условиях взаимодействия с внешней средой представим следующим образом:

64

где F — показатель эффективности системы (или критерий принятия решения).

Х — множество решающих переменных, находящихся внутри системы,

Х = {Х1, Х2, …, Хk}; Хi = {хi1, хi2, …, хir}, i = 1, r , k = 1, K ; (3.3)

Y — множество всех факторов окружающей среды, которые не входят в само решение, но во многом его определяют.

Переменные Х должен определить сам исследователь. Переменные Y представляет собой набор заранее заданных величин, в качестве конкретных значений которых могут использоваться либо средние, либо наиболее вероятные значения. Для общего случая

Y = {Y1, Y2, …, Yq}, где Yj = {yj1, yj2, …, yjd}, j = 1, q , d = 1, D . (3.4)

Через фиксированные значения вектора (3.4) определяется конкретное состояние внешней среды.

Результаты исследования, проведенные по модели (3.1), можно представить в табличной форме, в которой для различных альтернатив принимаемых решений и состояния окружающей среды определено значение эффективности системы.

Фазы изучения системы можно расположить в следующей последовательности.

1.Определение проблемы, вызвавшей потребность в проведении системного анализа.

2.Выбор подходящих критериев оценки процесса функционирования системы.

3.Выбор существенных факторов окружающей среды.

4.Построение комплекса системных моделей и проверка достоверности результатов, получаемых с их помощью.

5.Исследование работы системы при различных состояниях внешней среды.

6.Обработка результатов исследования с целью их лучшего использования для формирования выводов о качестве работы системы.

7.Подготовка к выбору окончательного решения, согласно показателям (1, 2), и его выбор.

8.Внедрение результатов и контроль.

Общая теория систем позволяет осмыслить и последовательность методов синтеза построения новых систем. Особенно это актуально в условиях реформирования железнодорожного транспорта. В кратком изложении системный синтез строится по следующей схеме:

—определение целей функционирования объекта разработки;

—описание функций, обеспечивающих достижение поставленных целей;

—выделение подсистем;

—проработка подсистем и соединение их в единое целое.

Вместе с тем, следует выделить ряд позиций, единых для любых систем. Это, прежде всего, объект управления, характеризуемый параметрами входа, состояния, выхода, параметрами процессов преобразования параметров объекта управления и параметров обратной связи. СА предполагает комплексное, взаимосвязанное рассмотрение вышеприведенных параметров.

Параметры входа — это совокупность количественных и качественных характеристик поступающих материальных, энергетических, финансовых и информационных ресурсов, управляющих воздействий и воздействий окружающей среды.

Параметры выхода — это совокупность количественных и качественных характеристик продукции (материальной, энергетической, финансовой и информационной, воздействий на окружающую среду в определенные моменты времени).

Процессор объекта управления в самом общем понимании — это преобразователь входа в выход. Он характеризуется параметрами состояния и процессов преобразования материальных, энергетических и информационных ресурсов.

Параметры состояния — это совокупность качественных и количественных характеристик коллектива работников, средств производства, технологий и связей между ними в определенные моменты времени.

65

Параметры процессов преобразования ресурсов — это совокупность их количественных и качественных характеристик от входа до выхода (получения продукции, выполняемых операций и связей между ними в определенные моменты времени.

Параметры обратной связи — это совокупность количественных и качественных характеристик влияния результатов производства на входные параметры и параметры процессора. В административной системе управления обратная связь закрепляется, в основном, через систему административных управленческих решений, которых оказывается недостаточно для налаживания эффективного функционирования производства. С позиций принципа виртуального управления производством возникает реальная возможность введения большего многообразия обратных связей — экономических, социальных, морально-психологических. Налаживание эффективных связей конечного результата с параметрами входа, состояния процессора, материальных, энергетических и информационных процессов повысит гибкость и эффективность системы управления и, что особенно важно, самоуправления участниками ТС.

С позиций СА важно использовать полную и достоверную информацию о рассмотренных выше параметрах. При этом следует различать понятия «параметр» и его измеритель, техникоэкономический показатель, признак. В табл. 3.2 приведена классификация всех показателей по рассмотренным параметрам.

Конкретизация технико-экономических показателей, средств, методов и моментов времени их фиксации определяются применительно к цели рассмотрения объекта. Они определяются функциями управления.

Важное место в анализе занимают метод, шкала и точность измерений. Они должны давать достоверную информацию и определяют возможные методы обработки получения данных.

Известны 4 уровня измерений:

—шкала наименований;

—шкала порядка;

—шкала интервалов;

—шкала отношений.

Таблица 3.2

Классификация показателей

66

Шкала наименований используется при составлении различных списков, их нумерации. При такой шкале объекты можно только пересчитать и определить частоты их появления по типам, видам, состоянию.

Шкала порядка используется при описании возраста людей, времени выпуска или начала эксплуатации изделий, проведения испытаний и т.п. Данные, полученные в шкале порядка, позволяют рассчитывать не только частоты, но и медианы, цептили и коэффициенты ранговой корреляции.

Шкала интервалов используется для измерения определенных параметров в шкале действительных чисел с заданной точностью отсчета (например, температура). Для таких величин можно вычислять скорость изменения, сравнивать их между собой по отношению и по разностям величин. Так как шкалы интервалов могут иметь разные нулевые точности, то они не обладают свойством аддитивности, и для них нельзя вычислять коэффициент вариации при возможности расчета математического ожидания, стандартного отклонения, коэффициентов асимметрии и корреляции.

Шкала отношений — наиболее высокая шкала. Она обладает свойствами предыдущих шкал, допуская свойство аддитивности. Для данных, полученных в этой шкале, допустимы и арифметические и статистические действия. По этой шкале измеряются практически все показатели перевозочного процесса. Свойства данных, полученных по разным шкалам, необходимо учитывать при планировании, их обработке, построении математических моделей.

4. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВИРТУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

4.1.Соотношение категорий общей теории управления

ивиртуального управления проектами

4.1.1.Категории достаточно общей теории управления

Достаточно общая теория управления рассматривает всякий разум (индивидуальный или соборный) в иерархии взаимной вложенности структур мироздания [77]. Во всех частных отраслях прикладного знания речь идет об управлении теми или иными процессами, иначе решением задач управления по отношению к иерархически низшим системам и задач самоуправления в пределах возможностей, представленных иерархически высшим объемлющим по отношению к нему управлением [77].

Управление возможно на основе практических навыков, накапливаемых в процессе жизненного опыта, целенаправленно и осознанно используемых в сфере его управленческой деятельности. Процесс передачи управленческих навыков в какой-либо отрасли человеческой деятельности опирается на понятийный и терминологический аппарат теории управления. Изложим его, придерживаясь трактовок, данных в [77].

В теории управления возможна постановка двух задач: управление объектом в процессе его функционирования осуществляется субъектом управления — это задача управления; управление объектом в процессе его функционирования осуществляется без вмешательства субъекта управления, т.е. объект самоуправлялся в приемлемом для субъекта управления режиме — это задача самоуправления. Для их решения необходимы три набора информации: вектор целей управления, вектор текущего состояния параметров и вектор ошибки управления.

Вектор целей управления — это иерархически упорядоченное множество частных целей управления, которые должны быть достигнуты при осуществлении идеального (безошибочного) управления. Следование частных целей в векторе целей управления устанавливается в порядке их значимости. В случае невозможности осуществления всей совокупности целей отказ от выполнения начинается с цели наименьшей значимости (самого низкого ранга из рассматриваемых).

Совокупность одних и тех же целей позволяет создать разные наборы векторов целей управления с разным порядком значимости для управленца. Это ведет к возможному различию в управлении и его потери. Потеря управления может быть также вызвана выпадением объективно необходимых целей из матрицы возможных состояний объекта управления.

Вектор состояния контрольных параметров описывает реальное поведение объекта управления

67

по параметрам, входящим в вектор целей. Вектор целей управления и вектор состояния контрольных параметров представляют собой упорядоченное множество информационных модулей. Они описывают те или иные параметры объекта, соответствующие частным целям управления. Вектору состояния соответствует некоторая объективная неопределенность, обусловленная субъективным характером восприятия. Она может быть как допустимой, так и недопустимой для осуществления целей конкретного процесса управления.

Вектор ошибки управления описывает отклонение реального процесса от траектории движения к вектору целей. Вектор ошибки является основой формирования качества управления. Оценка качества управления не является самостоятельной категорией, так как на основе одного вектора ошибок может быть сформировано множество оценок качества управления. Они не всегда являются взаимозаменяемыми.

Следующей категорией достаточно общей теории управления является устойчивость по предсказуемости. Управление в принципе невозможно, если поведение объекта управления непредсказуемо в достаточной мере.

Полная функция управления — это система стереотипов отношений и стереотипов преобразований информационных модулей, составляющих информационную базу субъекта управления, моделирующего на их основе поведение объекта управления.

Концепция управления представляет собой систему действий по достижению одной из частных целей, входящих в вектор целей. Иными словами — это целевая функция управления, являющаяся этапом полной функции управления. Последняя в процессе управления осуществляется бесструктурным и структурным способами управления.

Под структурой управления понимается упорядоченная совокупность устойчиво взаимосвязанных элементов, обеспечивающих функционирование и развитие субъекта управления как единого целого. Ключевыми понятиями структур управления являются элементы, связи (отношения), уровни и полномочия. При структурном способе управления информация передается адресно по определенным элементам структуры, сложившейся еще до начала процесса управления.

При бесструктурном способе управления в условиях отсутствия заранее сложившихся структур происходит безадресное циркулярное распространение информации в среде, способной к порождению структур благодаря установлению информационных взаимосвязей между элементами среды, в которой действует субъект управления. Особо отметим, что структуры образуются и распадаются в среде в процессе бесструктурного управления. Управляемыми и контролируемыми параметрами при этом являются вероятностные и статистические характеристики процессов в управляемой среде, а именно: средние значения параметров, их средние квадратические отклонения, плотности распределения вероятности событий, корреляционные функции и др.

С точки зрения общей теории управления теория вероятности является теорией мер неопределенностей в течении событий. Соответственно значение вероятности, наблюдаемая статистическая частота, а также их оценки есть меры неопределенности возможного или предполагаемого управления.

Векторы целей управления и соответствующие им режимы управления в общей теории управления разделяют на балансировочные и маневры. К балансировочным режимам относят колебания в допустимых пределах относительно неизменного во времени режима. Под маневрами понимают колебания относительно изменяющегося во времени вектора целей и перехода из одного режима в другой, при которых параметры реального маневра отклоняются от параметров идеального маневра в допустимых пределах. При выходе вектора состояния или эквивалентного ему вектора ошибки из области допустимых отклонений от идеального режима наступает потеря управления. Таким образом, в терминах теории управления доступными для человеческого сознания являются одновременно употребляемыми девять категорий:

1)вектор целей;

2)вектор состояния;

3)вектор ошибки управления;

4)полная функция управления;

5)совокупность концепций управления (целевых функций управления);

6)вектор управляющего воздействия;

7)структурный способ;

8)бесструктурный способ;

9)балансировочный режим (либо маневр).

68

4.1.2. Управление: качество и оптимальность

Понятию «управление» всегда сопутствует понятие «качество управления». Характеристики реального управления всегда отличаются от идеальных, предписанных вектором целей управления (Вцу) и вектора текущего состояния объекта (Втс), на величину вектора ошибки управления (Во).

Вцу – Втс = Во.

На рис. 4.1 приведена структура информации, описывающей процесс управления.

Поскольку размерность вектора ошибок может быть очень велика, то пользоваться им в этом случае затруднительно или в принципе невозможно. Предпочтительнее иметь одну оценку вектора ошибок. Такая оценка называется качеством управления. Качество управления — это обобщающая оценка всей совокупности частных ошибок управления, входящих в вектор ошибки. Для групп целей управления в векторе целей можно построить частные оценки качества управления, которые, в свою очередь, можно свести в новый вектор ошибки существенно меньшей размерности. Это может быть полезным при анализе режимов маневров. Если принято некое правило построения оценки качества, то преобразование вектора ошибки в оценку качества управления однозначно.

Оценка качества управления всегда субъективна по следующим причинам:

—субъективен выбор множества частных целей управления;

—субъективно устанавливается иерархия их значимости;

—на основании одного и того же вектора ошибок с помощью разных алгоритмов можно построить не одну обобщающую оценку всей совокупности ошибок.

Оптимальным называют процесс управления из множества однокачественных процессов, обладающий экстремальной оценкой качества. Поскольку в основе понятия оптимальности лежат субъективно назначенные категории, то понятие оптимальности управления также является субъективным. Наиболее часто используются понятия оптимальности в смысле минимума потребления ресурсов, максимальных или минимальных характеристик объекта управления и минимума времени маневра перехода.

Рис. 4.1. Структура информации, описывающей процесс управления

Оптимальным процессом управления будет являться:

69

Во = min max (R, X, T),

где R — ресурсы; X — характеристики объекта; T — время.

Возможны критерии оптимальности, построенные на комбинации частных критериев оптимальности.

На рис. 4.2 приведена графическая интерпретация качества управления.

Рис. 4.2. Качество управления на множестве траекторий движения к цели

70

4.1.3. Суперсистемы: основные понятия и виртуальность

Под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов. В достаточно общей теории управления под суперсистемой понимают множество элементов, хотя бы частично функционально аналогичных в некотором смысле друг другу. Здесь аналогия предполагает возможность прямой замены одного элемента другим. Подобие предполагает только идентичность процессов, протекающих в разных объектах при их описании в общей для них системе параметров, лишенных их реальной размерности. Аналогия предполагает определение некоего набора одинаковых качеств, которыми обладают объекты.

Иными словами, суперсистема — это множество элементов, хотя бы частично функционально аналогичных друг другу и потому хотя бы отчасти взаимозаменяемых. Из приведенных определений можно сделать вывод, что транспортная система является суперсистемой, имеет множество аналогичных элементов на всех видах транспорта. К суперсистемам относятся также и множества элементов, представляющих различные отрасли и производства, таких как угольная, горнодобывающая, лесная, промышленность, гибкие автоматические производства вместе с персоналом и множество других, взаимно проникающих один в другой, объединенных в достаточно общей теории управления в понятие «мироздание». Мироздание в таком понимании также является суперсистемой, предстает в качестве объемлющей по отношению ко множеству взаимно вложенных суперсистем со структурой, изменяющейся в каждый момент времени. Суперсистемы представляют собой как сеть российских железных дорог, так и железные дороги регионов, юридически представляющие акционерное общество ОАО «РЖД» и филиалы, а также инфраструктурная сеть. Становление процесса управления суперсистемой как единым целым протекает как концентрация управления региональными центрами управления — филиалами, несущими полные функции управления общесуперсистемной значимости.

При этом каждый филиал железной дороги представляет собой суперсистему, уже управляемую некоторым образом как единое целое. Исходная суперсистема (ОАО «РЖД») является объемлющей по отношению к множеству соприкасающихся суперсистем (железных дорог сети) одного иерархического уровня. Соприкасающиеся суперсистемы взаимно проникают одна в другую вблизи их границ.

Структура, изменяющаяся в каждый момент времени является виртуальной структурой. Виртуальность структур предполагает существование элементов, в разные моменты времени принадлежащих к разным суперсистемам, и, как следствие, предполагает существование структур, внезапно появляющихся и исчезающих.

Информационный обмен между элементами в пределах суперсистемы и суперсистемы со средой носит неоднозначный характер в пределах ограничений вероятностными предопределенностями. Элементы суперсистемы накапливают со временем информационные отличия и могут обладать несколькими специализациями, реализующие частные целевые функции управления.

Из изложенного следует, что суперсистема обладает информационной памятью и гибкостью

поведения, т.е. признаками виртуальной структуры.

В суперсистеме одновременно протекают процессы структурного и бесструктурного управления. Взаимоперетекание структурного и бесструктурного способов управления при реализации полной функции управления осуществляется следующим образом [88].

1.Опознание фактора среды.

2.Формирование стереотипа распознавания фактора на будущее.

3.Формирование вектора целей управления в отношении данного фактора и внесение его в общий вектор целей своего поведения (самоуправления).

4.Формирование целевой функции (концепции управления).

5.Организация целеподчиненной управляющей структуры, несущей целевую функцию управления.

6.Контроль за деятельностью структуры в процессе управления.

7.Ликвидация структуры в случае ее ненадобности или поддержание в работоспособном состоянии до следующего состояния востребованности. Иными словами, формируются взаимно вложенные суперсистемы с виртуальной структурой.

4.1.4. Виртуальное управление: основные понятия и возможности

Обзор литературы по определению понятия «виртуальный» позволил выявить следующие формулировки [21, 22].

Виртуальный [ср. — лат. virtualis] — возможный, такой, который может или должен проявиться

71

при определенных условиях.

Виртуальность — действительная сущность или эффект, не являющийся фактом, однако фактически существующий или эквивалентный ему.

Виртуальность — «эффект без факта присутствия».

Виртуальность — временный набор электронных телекоммуникационных связей между эфемерными образованиями, которые жертвуют уровнем своей компетенции во славу эффективного взаимного сотрудничества.

Виртуальность — способность стабильно осуществлять и координировать работу организации в критических условиях.

Виртуальная память — (кажущаяся память ЭВМ), система запоминающих устройств, организованных таким образом, что программист может рассматривать их как одну большую оперативную память, что существенно упрощает процедуру составления программ для мультипрограммных ЭВМ.

Виртуальная корпорация — любые новые организационные формы, жизненный цикл которых ограничен определенными временными рамками, а центральное место занимают информационные технологии.

Кибернетическая корпорация — виртуальная организация, в основе которой лежат высокоскоростные каналы связи, заложенные в сетях Интернет и Интранет.

Виртуальная организация (ВО). Структурные условия существования:

—географическая дисперсия организуемых единиц;

—электронные связи производственного процесса.

Первое структурное условие:

пространственная рассредоточенность вовлекаемых в ВО индивидов, групп, департаментов или целых компаний при минимуме двух местоположений.

72