1.1. СУЩНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ

Под управлением в самом общем виде будем понимать про­цесс формирования целенаправленного поведения системы по­средством информационных воздей­ствий, вырабатываемых че­ловеком (группой людей) или устройством.

К задачам управления относятся целеполагание, стабилиза­ция, выполнение программы, слежение и оптимизация.

Задача целеполагания - определение требуемого состояния или поведения системы.

Задача стабилизации - удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий.

Задача выполнения программы - перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин из­меняются по известным детерминированным законам.

Задача слежения - удержание системы на заданной траекто­рии (обеспечение требуемого поведения) в условиях, когда зако­ны изменения управляемых величин неизвестны или изменяются.

Задача оптимизации - удержание или перевод системы в со­стояние с экстре­мальными значениями характеристик при задан­ных условиях и ограничениях.

Часто для обозначения управляющих воздействий использу­ют понятие «руководство». Будем считать, что руководство - это управление чужой работой в организационных, социальных, эко­номических системах.

1.1.1. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ С УПРАВЛЕНИЕМ

Система с управлением включает три подсистемы (рис. 1.1):

управляющую систему (УС), объект управления (ОУ) В и систе­му связи (СС).

Системы с управлением, или целенаправленные, называются кибернетическими. К ним относятся технические, биологические, организационные, социальные, экономические системы.

Рис. 1.1. Система с управлением

Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ) А. Основным элементом организаци­онно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) - индивидуум или группа индивидуумов, имеющих пра­во принимать окончательные решения по выбору одного из не­скольких управляющих воздействий. Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информа­ция - множество {х}, включающее командную информацию {и}  {х}, и канал обратной связи, по которому передается инфор­мация о состоянии ОУ - множество выходной информации {у}.

Множества перемен­ных {п} и {w} обозна­чают соответ­ствен­но воз­дей­ствие ок­ру­жающей сре­ды (раз­личного рода помехи) и показатели, харак­тери­зующие каче­ство и эф­фек­тивность функ­ционирования подсистемы В. Показатели качества и эффектив­ности являются подмножеством информации о состоянии ОУ, {w}  {у}. Более того, в процессе анализа систем каждая характе­ристика у_i должна рассматриваться как потенциальная кандидатура на роль показателя. Поэтому для сохранения общности рас­смотрения это подмножество характеристик без необходимости выделять отдельно не будем.

---

Основными группами функций системы управления являются:

• функции принятия решений - функции преобразования со­держания информации {f_c};

• рутинные функции обработки информации {f_p};

• функции обмена информацией {f_o}.

Функции принятия решений {f_c} выражаются в создании но­вой информации в ходе анализа, планирования (прогнозирова­ния) и оперативного управления (регулирования, координации действий). Это связано с преобразованием содержания информа­ции о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информа­цию при решении логических задач и выполнении аналитических расчетов, проводимых ЛПР при порождении и выборе альтерна­тив. Эта группа функций является главной, поскольку обеспечи­вает выработку информационных воздействий по удержанию в существующем положении или при переводе системы в новое со­стояние. Без автоматизации этой функции ИС не может считать­ся полноценной.

Функции {f_p} охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информа­ции и т.д. Эта группа функций преобразования информации не изменяет ее смысл, т.е. это рутинные функции, не связанные с содержательной обработкой информации.

Группа функций {f_o} связана с доведением выработанных воз­действий до ОУ и обменом информацией между ЛПР (ограниче­ние доступа, получение (сбор), передача информации по управ­лению в текстовой, графической, табличной и иных формах по телефону, системам передачи данных и т.д.). Совокупность функций управ­ления, выполня­емых в системе при изменении среды, принято на­зы­вать циклом управления. Вы­полняя цикл за цик­лом, система приближается к сфор­мули­рован­ной цели. Одно из представлений ци­к­ла управления показано на рис. 1.2. При этом от объектов управ­ления в СУ посту­пает ин­формация о текущем состо­янии дел. ЛПР кон­тролируют ее ис­тинность, учи­тывают и анали­зируют в целях выявления откло­не­ний от требу­емого состояния и определения необходимости изменения текущего состояния. По результатам анализа осуществляются выбор одной из основных задач управления и опера­тивно-техническое управление (регулирование), состоящее в ко­ординации действий ОУ - выработке решений по удержанию си­стемы в требуемом состоянии, или решается задача целеполагания (проводится корректировка целей), после чего система переводится в новое состояние на основе прогнозирования и пла­нирования. При необходимости направляется доклад в старший орган управления.

1.1.2. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ С УПРАВЛЕНИЕМ

Совершенствование систем с управле­нием сводится к со­кра­щению дли­тель­­ности цикла управ­­ления и повы­ше­нию качества управ­ля­ющих воздействий (решений). Эти тре­бо­вания носят про­тиворечивый харак­тер. При заданной производительности СУ сокращение дли­тельности цикла управ­ления приводит к необхо­димости умень­шения коли­чества перерабаты­ваемой информации, а следовательно, к снижению качества решений. Одно­вре­менное удовлет­ворение требований возможно лишь при условии, что будет повышена произ­водительность УС и СС по передаче и пе­ре­ра­ботке инфор­ма­ции, причем повы­шение производительнос­ти обоих элементов должно быть согласованным. Это исходное положение для решения вопросов по совершенствованию управ­ления.

---

Основными путями совершенствования систем с управлени­ем являются:

1. Оптимизация численности управленческого персонала.

2. Использование новых способов организации работы СУ.

3. Применение новых методов решения управленческих задач.

4. Изменение структуры СУ.

5. Перераспределение функций и задач в УС.

6. Механизация управленческого труда.

7. Автоматизация. Рассмотрим каждый из путей.

1. Управляющая система - это прежде всего люди. Самый ес­тественный путь, позволяющий поднять производительность, - увеличить число людей. Так и поступали длительное время. В результате численность управленческого персонала возрастала.

Количество информации, которую надо перерабатывать каж­дому человеку во многих современных системах, настолько воз­росло, что далеко выходит за пределы человеческих возможнос­тей. Поэтому дальнейшее увеличение численности людей, заня­тых в управлении, уже не может привести к повышению его эффективности. С ростом числа должностных лиц в УС неизбеж­но дробление функций управления. До некоторых пор коорди­нация работы управленческого персонала была возможна путем прямых связей между исполнителями. Затем появляется необхо­димость в специальном аппарате, осуществляющем эту коорди­нацию. Возникают потоки информации внутри самой УС. На их обслуживание требуются новые люди. Эффективность управле­ния не повышается, а даже падает. Безусловно, так обстоит дело в целом. В отдельных системах возможности этого пути совер­шенствования управления могут быть и не исчерпаны.

2. Организация работы управленческого персонала постоян­но совер­шенствуется. Так, в органах управления используются методы параллельного сетевого планирования и управления с использованием компьютерных средств системного анализа, ког­да нижестоящие органы приступают к выработке решения на ос­нове предварительных распоряжений, отданных ЛПР, не дожи­даясь окончания планирования в вышестоящих органах управ­ления. Освоение данного способа позволяет сократить время на разработку планов в несколько раз.

3. Путь применения новых методов решения управленческих задач носит несколько односторонний характер, так как в боль­шинстве случаев направлен на получение более качественных решений и требует увеличения времени.

4. При усложнении ОУ, как правило, производится замена простой структуры УС на более сложную, чаще всего иерархи­ческого типа, при упрощении ОУ - наоборот. Изменением струк­туры считается и введение обратной связи в систему. В результа­те перехода к более сложной структуре функции управления распределяются между большим числом элементов УС и произ­водительность СУ повышается.

Совершенствование структуры систем является довольно эф­фективным путем. Однако число возможных типовых структур для каждой конкретной системы сравнительно невелико, и к на­стоящему времени большинство сложных систем имеют такие структуры, изменение которых просто нецелесообразно.

---

5. Если подчиненные УС могут решать самостоятельно очень ограниченный круг задач, то, следовательно, центральный уп­равляющий орган будет перегружен, и наоборот. Необходим оп­тимальный компромисс между централизацией и децентрали­зацией. Решить эту проблему раз и навсегда невозможно, так как функции и задачи управления в системах непрерывно изме­няются.

6. Поскольку информация всегда требует определенного ма­териального носителя, на котором она фиксируется, хранится и передается, то, очевидно, необходимы физические действия по обеспечению информационного процесса в СУ. Использование различных средств механизации позволяет значительно повысить эффективность этой стороны управления. К средствам механиза­ции относятся средства для выполнения вычислительных работ, передачи сигналов и команд, документирования информации и размножения документов. В частности, использование ПЭВМ в качестве пишущей машинки относится к механизации, а не к ав­томатизации управления.

7. Сущность автоматизации заключается в использовании ЭВМ для усиления интеллектуальных возможностей ЛПР. Все рассмотренные ранее пути ведут так или иначе к повышению про­изводительности УС и СС, но, что принципиально, не повыша­ют производительность умственного труда. В этом заключается их ограниченность.

1.1.3. ЦЕЛЬ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ

До недавнего времени технические средства применялись че­ловеком с тем, чтобы облегчить только физический труд. Это направление применения технических средств известно как энер­гетическое, а сам процесс создания и внедрения механизмов, обес­печивающих повышение эффективности физического труда че­ловека, называется механизацией. По мере использования человеком все более мощных источников энергии и исполнительных устройств значение его собственной мускульной силы понижа­лось, а значение интеллектуального труда, содержанием которо­го является преобразование информации, возрастало. И подоб­но тому, как раньше возникло требование увеличить мускульную силу людей, так теперь ощущается необходимость в увеличении их интеллектуальной мощи.

Появление ЭВМ положило начало кибернетическому направ­лению приме­нения технических средств для повышения эффек­тивности труда. Автома­тизация явилась закономерным, но не простым продолжением механизации. Если механизация охваты­вает процессы получения, передачи, преобразования и использо­вания энергии, то автоматизация - процессы получения, переда­чи, преобразования и использования информации. Говоря образ­но, если орудия труда выступают продолжением человеческой руки, то ЭВМ - продолжение человеческого мозга.

При управлении ЛПР выполняет сложную последователь­ность функций из множеств {f_c}, {f_p }, {f_o}. Каждая из них может быть представлена рядом задач.

---

По степени творческих усилий это могут быть задачи, не свя­занные с творчеством, и задачи сугубо творческого труда. Впол­не естественно, что необходимость, возможность и целесообраз­ность их автоматизации будут тоже различными. Исходя из это­го развитие автоматизации управления представляет собой последовательную передачу ряда управленческих функций от че­ловека к техническим средствам и происходит поэтапно.

Первоначально автоматизация охватывала только управле­ние техникой и оружием. Например, комплексы управления зе­нитным огнем, автопилоты, автоматические системы коммута­ции и ряд других устройств стали применяться еще в годы вто­рой мировой войны и получили широкое распространение после ее окончания.

Управление подобными объектами характеризуется высокой быстротечностью процессов и в то же время их простотой. Отно­сительно формального описания и выполнения техническими средствами данные процессы не представляют принципиальных трудностей. В системах управления оружием и техникой допус­тима самая высокая степень автоматизации, когда они могут фун­кционировать без участия человека, не считая первоначальный запуск, профилактический контроль и ремонт. Такие системы управления называются автоматическими. С развитием вычис­лительной техники и методов математики автоматизация распро­странилась на управление объектами социальной природы. Сис­темы управления этого типа принципиально не могут быть авто­матическими. Объясняется это тем, что органической составной частью в них выступают ЛПР с их неформальным мышлением, чувствами и опытом. Они являются источниками первичной ин­формации и потребителями результатов ее обработки. Такие си­стемы управления называются автоматизированными. Автома­тизированные системы управления (АСУ) являются одним из на­правлений применения информационных систем.

Совокупность средств информационной техники и людей, объединенных для достижения определенных целей, в том числе для управления, образует информационную систему (ИС).

В английском языке этому понятию соответствует термин Managment information system (МIS) - управляющая информа­ционная система.

Под ИС понимается организационно-техническая система, ^! использующая информационные технологии в целях обучения, информационно-аналити­ческого обеспечения научно-инженер­ных работ и процессов управления (computer-aided information system).

ИС могут быть территориально рассредоточенными, иерар­хическими как по функциональному признаку, так и по реали­зации техническими средствами. Обеспечение взаимодействия рассредоточенных систем осуществляется за счет создания рас­пределенных информационно-вычислительных сетей (ИВС) кол­лективного пользования.

ИВС являются самостоятельными подсистемами в составе любых более сложных ИС, обеспечивающими передачу инфор­мации из одного места в другое (системы связи, телекоммуника­ционные системы) и от одного момента времени до другого (сис­темы хранения информации).

---

Смотрите также файлы

• 2.1. Классификация систем.docx

• 1.3. Модели сложных систем.docx

• 1.1. Основные термины и определения моделирования систем.docx

• Задание на практическую работу №3.doc

• Задание на практическую работу №2.doc