Принципы исследования систем управления

2.1.1. Ключевые принципы и их определение

По выражению Г. Кунца и С. О'Доннела, «элементы науки управления, например фундаментальные принципы, подобно принципам других наук, остаются неизменными, даже если управляющий в конкретной ситуации решает пренебречь ими» [39]. Принципы рассматриваются как:

исходные положения теории,

руководящая идея,

начальная фаза систематизации знаний,

а также как содержательное обобщение, основанное на анализе фактов, при этом факты в свою очередь служат постоянной проверкой правильности уже установленных принципов;

в теории управления под принципом понимается и основное правило организации управления. Примером тому могут быть знаменитые принципы А. Файоля и Э. Деминга.

К ключевым принципам построения методологии и инструментария исследования систем управления следует отнести четыре группы принципов (рис. 2.1):

1) общесистемные принципы, выстраивающие логику построения конфигурации системы, а также логику отношений и связей между элементами системы и системы с внешней средой;

2) общие принципы исследования, служащие основами познавательного процесса;

3) принципы исследования систем, характеризующие систему как структурированный информационный фрагмент некоторой реальности, определяющий пространство ее познания;

4) принципы кибернетики, отражающие фундаментальные основы изучения целенаправленного поведения системы, независимо от объекта его приложения.

Рис. 2.1. Систематизация принципов исследования систем управления

2.1.2. Общесистемные принципы

Основные общесистемные принципы — это целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, управляемость, коммуникационность, единство анализа и синтеза, множественность описания каждой системы. Определения принципов, приведенные ниже, даются по материалам работ [60; 61; 89; 107; 118].

1) Целостность — принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов, а именно:

свойство системы как целого не является суммой свойств элементов;

свойство системы зависит от свойств и взаимовлияния элементов в процессе функционирования системы;

элементы, объединенные в систему, могут терять ряд свойств, присущих им вне системы;

свойство целостности связано с целью, для которой создается система.

2) Структурность — возможность описания системы через установление ее структуры посредством отображения совокупности элементов и связей, действующих между ними. При этом поведение системы зависит не столько от поведения отдельных элементов, сколько от свойств ее структуры.

3) Взаимозависимость системы и среды — одно из условий существования системы. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь при этом ведущим активным объектом. Открытость системы, сращивание со средой наглядно проявляются в биологических, экологических, экономических, социальных, политических и других системах. И если не осуществлено конфигурирование системы, т.е. не выделена граница между средой и специальным образованием, то понятие системы распространяется на всю среду.

4) Иерархичность — структурная организация сложных систем, состоящая в разбиении (декомпозиции) системы на страты (уровни) и упорядочении взаимоотношений (взаимодействия) — от высшего уровня к низшему. Иерархичность, или иерархическая упорядоченность, — один из первых принципов построения сложных систем, подразумевающий подготовку системы к целенаправленной деятельности, к управлению.

В системах, наделенных иерархической структурой, происходит децентрализация управления. Подсистемы или элементы нижнего уровня получают в свое распоряжение право принятия решений и неизбежно приобретают цель и определенную автономность относительно друг друга. Разрастание иерархической структуры представляет собой небесконечный процесс и по той причине, что в системе назревают противоречия между частным и целым. Этим обусловливаются постоянные проблемы установления оптимальной меры централизации и децентрализации и оптимального распределения функций и задач между иерархическими уровнями системы.

5) Управляемость — это способность системы для достижения поставленной цели направлять (планировать, организовывать, регулировать и контролировать) на основе познания и использования объективных закономерностей свое развитие, своевременно вскрывать противоречия и разрешать их, преодолевать негативные внутренние и внешние эозмущения, осуществлять подготовку и принятие решений. В работе 60] отмечается, что управляемость системы по своей содержательности сходна с понятием достижимости: обе характеризуют возможность выполнения задачи управления — достижения цели.

6) Коммуникационность. Организационная система не изолирована от других систем, а связана множеством информационных каналов со средой, представляющей собой сложное и неоднородное образование. При выделении объекта из среды идентифицируются его связи, им придается ориентированность, частота обмена «сигналами», сила их воздействия и др. Получение и обработка информации о состоянии среды — сложная исследовательская задача. Коммуникация необходима и для осуществления связи между структурными единицами организации, чем достигается ее целостность как системы.

7) Единство анализа и синтеза — принцип, лежащий в основе процесса познания любого объекта реальности; он подразумевает неразрывность анализа и синтеза в процессе мыслительной деятельности. Анализ формирует исходные знания для исследования и предполагает расчленение объекта, системы, явления на составные части, каждая из которых изучается отдельно. Синтез противоположен анализу, но неразрывно связан с ним. Синтез — это соединение, интеграция различных элементов, сторон предмета в единое целое, в систему.

8) Множественность описания каждой системы. В силу принципиальной сложности каждой системы ее адекватное познание требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы.

2.1.3. Принципы исследования систем

Принципы исследования систем основываются на принципах общей теории систем. К ним относятся: структурирование, системность, идентификация, абстракция, формализация.

1) Структурирование представляет собой расчленение системы на «элементарные» (структурообразующие) единицы (элементы, объекты) и установление между ними отношений, подтверждающих целостность системы. Подходы к структурированию системы весьма разнообразны и определяются признаком, выбранным исследователем для группирования однородных и распознавания различающихся между собой объектов. В качестве признака могут быть использованы: вид функциональной деятельности, уровни и циклы управления, виды функций и процессов управления и др. Полученная при этом некоторая структура отображает относительно устойчивый аспект системы и может рассматриваться как ее структурная модель.

2) Системность — это исследование объекта с двух взаимосвязанных позиций. Первая позиция заключается в том, что исследуемый объект рассматривается как система; вторая позиция определяет окружение системы как внешнюю среду, представляющую собой сложную систему. Между системой и внешней средой действуют двусторонние связи, наполненные сигналами. В основу принципа системности положены взаимозависимость системы и среды и единство анализа и синтеза. При исследовании внутренней среды организации системность проявляется в синтезе структурных и функциональных элементов, параметров и факторов, определяющих эффективность ее функционирования.

3) Идентификация (отождествление) — определение тождественности всей системы или ее элемента принятому аналогу или замещение реального объекта формальным объектом, его моделью. Под идентификацией понимается и установление конкретного воздействия факторов на систему. В кибернетике идентификация объектов управления — выбор класса математической модели, критерия соответствия модели и объекта, а также построение модели по реализации его входных и выходных сигналов [ 124].

Для идентификации процессов управления К. Менаром предложен набор «схем» (моделей), содержащих справки и рекомендации [51], а именно:

схемы исторического типа, основанные на накопленном опыте;

внешние схемы, основанные на схемах взаимодействия с другими
организациями;

схемы типа «планов», апеллирующие к заранее намеченным целям.

Широкое применение принципа идентификации в управлении связано с возрастающим использованием научного менеджмента, развивающего аналитический стиль управления.

Согласно принципу множественности описания каждой системы, модель изучаемой реальности служит основным инструментом исследования. Любая модель — это абстракция реальной системы.

4) Абстракция — это формирование образа реальности посредством отвлечения и пополнения. Отвлечение упрощает, а пополнение усложняет образ реальности. В качестве инструмента упрощения или пополнения в модели выступают идентификация и структурирование, которые предшествуют абстракции.

5) Формализация — это отображение образа реальности с использованием формальных языков, а именно языка математики, логики, семиотики, что позволяет освободиться от обращения к интуитивным представлениям и перейти к более строгим выводам, утверждениям. Результаты формализации — это прежде всего математические, имитационные, семиотические модели изучаемой реальности, а также различного вида алгоритмы, искусственные научные языки и др.

2.1.4. Принципы кибернетики

К общим принципам кибернетики как науки о единстве процессов управления, независимо от объекта их приложения, относят: обратную связь, черный ящик, внешнее дополнение, преобразование информации, целенаправленность управления и эквифинальность. Определения принципов даются по материалам книги С. Вира «Кибернетика и управление производством» с сохранением авторских фрагментов текста из работ [6] и [124]:

ü обратная связь — поток информации, поступающий после измерения результатов функционирования системы или ее части в систему управления для выработки воздействия на алгоритм управления;

ü «черный ящик» — система (объект), в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные параметры, а внутреннее устройство и протекающие в ней процессы, по «причине недоступности для изучения или в связи с абстрагированием, не являются предметом исследований»;

ü внешнее дополнение — включение «черного ящика» в цепь управления в условиях, когда используемый язык формализации недостаточен для описания реальной ситуации системы и этот недостаток устраняется путем процедуры внешнего дополнения;

ü преобразование информации — система рассматривается как «машина для переработки информации» с целью ее упорядочения, снижения неопределенности и разнообразия, и это делает поведение системы предсказуемым;

ü целенаправленность управления — «управление — неотъемлемое свойство любой системы», а система «является организмом, обладающим своей собственной целью и своим собственным единством»;

ü эквифинальность— существование конечного неупорядоченного множества путей перехода системы из различных начальных состояний в финальное состояние, т.е. переход системы из начальных состояний в финальное задан не единственным образом.

Дадим краткое пояснение изложенным принципам.

1) Обратная связь в кибернетике, в отличие от ее общесистемного представления, включает только поток информации с результатами измерения выходного потока системы и именуется информационной обратной связью. Основная идея обратной связи состоит в мониторинге выходной информации и динамическом анализе результатов поведения системы относительно заданной планом траектории ее функционирования. При выявлении отклонений и в зависимости от их существенности происходит выработка управляющих воздействий. Вводом обратной связи создается замкнутый контур управления.

В кибернетике выделяют отрицательную и положительную обратную связь:

если под действием обратной связи первоначальное отклонение результирующего (выходного) параметра или показателя, вызванное возмущающим воздействием, уменьшается, то говорят, что имеет место отрицательная обратная связь, в противном случае — положительная;

положительная обратная связь образуется из однополюсных (только положительных или только отрицательных) параметрических отклонений.

Они накапливаются и приводят к потерям устойчивой работы системы в целом. Отрицательная обратная связь, представленная как чередование положительных и отрицательных параметрических отклонений, настраивает управление на стабилизацию функционирования системы относительно заданной траектории ее развития. Механизм обратной связи делает систему самонастраивающейся, т.е. обладающей способностью к компенсации параметрических возмущений, и повышает степень ее внутренней организованности.

Особый случай — гомеостатические обратные связи, которые сводят внешнее воздействие к нулю; свойство системы оставаться без изменения в потоке событий называют инвариантностью.

В управлении организациями обратные связи рассматриваются и как усиливающие, и как уравновешивающие:

усиливающие связи могут быть как двигателями роста, так и порождать ускорение спада организации;

уравновешивающую (или стабилизирующую) обратную связь мы находим везде, где существует поведение, ориентированное на достижение цели.

Тогда отрицательная обратная связь есть уравновешивающая, а положительная — усиливающая.

2) Введение принципа «черного ящика» — это возможность изучать сложные системы, используя зависимость между входными ресурсами и выходными результатами ее деятельности, не рассматривая механизм преобразования ресурсов. Следует отметить важную особенность данного принципа. Как бы детально ни изучалось поведение объекта, представленного в виде «черного ящика», получить однозначное заключение о его внутреннем потенциале не удается. Это связано с тем, что одним и тем же поведением характеризуются разные, подобные исходному объекты. Подход, основанный на принципе «черного ящика», получил распространение при экспериментальных исследованиях систем, когда больший интерес представляет поведение системы, а не ее строение.

Идентификация системы управления в виде кибернетической модели с замкнутым контуром, в которой объект управления - «черный ящик», приводится на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Кибернетическая модель замкнутой системы управления:

X₀(t) — алгоритм воздействия;

X(t) — регулируемая величина;

(t) — отклонение;

R — регулятор;

(t) — возмущающее воздействие, приложенное к объекту;

(f) — регулирующее воздействие

3) Принцип внешнего дополнения — практический метод преодоления неполноты формальных языков (теорема Геделя). Этот принцип сводится к тому, что любой язык управления в конечном счете недостаточен для выполнения поставленных перед ним задач, но этот недостаток может быть устранен благодаря включению «черного ящика» в цепь управления. Например, разработка плана производства на основе математических моделей всегда требует определенного дополнения за счет «управления извне» для адаптации (корректирования) модельных расчетов к неформализуемым условиям функционирования или в связи с изменениями некоторых из них под воздействием внешней среды. Элемент «управление извне» встраивается в цепь выработки решений как «черный ящик», так как и он не поддается точному определению.

4) Принцип эквифинальности свидетельствует о том, что управление связано с наличием нескольких конечных путей или альтернатив перехода системы из различных начальных состояний в финальное состояние. Понимание рассматриваемого принципа в исследовании систем управления расширяет понятие оптимальности управления до многокритериальной оптимизации. Эта процедура сопровождается разработкой определенных групп критериев для различных путей переходов системы из начальных в финальное состояние.

В целом изложенные принципы взаимосвязаны, взаимодополняемы и служат фундаментальной основой для исследования систем управления.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒