Тема 4.5. Управление сложными системами Иерархические системы управления

Одной из разновидностей сложных систем являются иерархические системы управления. Они построены по принципу многоуровневой системы, в которой подсистемы низших уровней подчинены подсистемам более высоких уровней, либо входят в их состав. В качестве примера иерархических структур с включением одних компонентов в состав других может быть приведена книга, которая состоит из частей, разделов, глав, параграфов.

Примером иерархических систем с подчинением являются:

• предприятия, состоящие из цехов, участков, бригад;

• банк со своими отделениями;

• университет с факультетами и кафедрами;

• государство с областями и районами и т.д.

Цель построения иерархических систем состоит в том, чтобы уменьшить сложность управления системой. Это достигается тем, что задачи управления распределяются между уровнями и подсистемами, в результате чего каждая подсистема имеет свои управляющие органы.

Иерархической системе – университет, факультет, кафедра, – соответствует трехуровневая система управления – ректорат, деканат и заведующие кафедрами. В такой системе управляющие органы низшего уровня (кафедры) выполняют относительно простые локальные функции управления. Управляющие органы второго уровня (деканаты) выполняют функции управления, связанные, в частности, с согласованием работы подсистем третьего уровня (кафедр). Орган управления всей системой (ректорат) решает наиболее масштабные (глобальные) задачи управления и, в частности, задачи согласования работы подсистем второго уровня.

Информация от низших уровней к высшим передается в агрегированном (обобщенном) виде.

Иерархические системы управления имеют следующие преимущества:

• возможность решения простых локальных задач на низшем уровне;

• значительное сокращение потоков информации в результате ее агрегирования при передаче от низших звеньев к высшим;

• возможность целесообразного сочетания локальных и глобальных критериев оптимальности;

• повышение надежности управления за счет определенной избыточности;

• гибкость управления;

• уменьшение возможности ошибочных решений управляющих органов высших уровней в результате конкретизации решений по мере продвижения их сверху вниз.

Связи между подсистемами в иерархической структуре могут быть горизонтальными и вертикальными. Вертикальные связи обеспечивают взаимодействие между подсистемами низших и высших уровней. Горизонтальные связи позволяют координировать работу подсистем одного уровня.

По иерархическому принципу строятся практически все системы управления сложными техническими, экономическими, организационными и биологическими системами.

Централизованное и децентрализованное управление сложными системами

Управление сложными системами может быть:

• централизованным;

• децентрализованным;

• комбинированным.

Пример централизованного управления в иерархических системах – назначение губернаторов областей президентом страны. Пример децентрализованного управления – выборы губернатора законодательным органом или населением области.

Комбинированное управление строится на сочетании принципов централизованного и децентрализованного управления. Примером такого управления является схема, при которой президент предлагает кандидатуру губернатора, а законодательное собрание области утверждает его путем выборов. Следует отметить, что системы, построенные на сочетании централизации и децентрализации, являются наиболее распространенными. Вместе с тем существуют и полностью централизованные и децентрализованные системы.

Выбор степени централизации является сложной проблемой и решается в соответствии с конкретной ситуацией. Мировая практика демонстрирует примеры успешного применения централизованных систем и неуспешного применения децентрализованных и наоборот – успешного функционирования децентрализованных систем и неуспешного – централизованных.

Примерами успешного применения принципа централизации является построение Единой энергетической системы Союза и вычислительной сети Интернет. На принципе децентрализации успешно функционирует децентрализованная рыночная экономическая система.

Централизованная плановая экономическая система Союза продемонстрировала высокую эффективность в годы войны и оказалась неэффективной в послевоенные годы в условиях конкуренции со странами, имеющими рыночную экономику.

Полным крахом закончилась попытка построения вычислительной системы Союза на основе децентрализованных АСУ предприятий и организаций.

Считается, что преимущества и недостатки централизованного управления состоят в следующем.

Преимущества – вся информация поступает в единый центральный орган управления. В этом органе вырабатываются основные управляющие воздействия для всей системы. При этом в принципе, можно достичь:

• хорошей согласованности всех звеньев системы;

• четкой реализации ими общей цели управления;

• высокой степени определенности и надежности их функционирования;

• и, как следствие, устойчивости системы в целом.

Недостатки централизованного управления сводятся к следующему:

• центральному органу зачастую сложно оценить характер изменений, происходящих во внешней среде, окружающей ту или иную (особенно удаленную) подсистему;

• слишком велик объем информации, поступающий в центральный орган, поэтому решения оказываются либо недостаточно обоснованными, либо запоздалыми, неоперативными;

• большие масштабы влияния ошибочных решений.

Децентрализованное управление является альтернативой централизованному управлению. При этом каждая подсистема осуществляет автономно сбор и переработку информации, необходимой для выработки управленческих решений, решения принимаются и реализуются подсистемой также автономно. Естественным требованием при этом является согласованность целей управления подсистемами и системой в целом. В идеале, казалось бы, реализация оптимального управления подсистемами должна была бы привести к оптимальному управлению системой в целом. Однако, учитывая эмерджентность систем, т.е. не сводимость свойств целого к сумме свойств составляющих частей, оптимальное функционирование системы отнюдь не обеспечивается автоматически за счет оптимального функционирования входящих в нее подсистем. Поэтому децентрализованное управление, т.е. полностью автономное управление системами, не всегда обеспечивает реализацию общих целей, поставленных перед системой.

Еще раз отметим, что большинство реальных сложных систем с иерархической структурой сочетают в управлении принципы централизации и децентрализации.