Системный анализ в управлении - Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. (под ред. Емельянова А.А

Ь сЬсЬсЬ ±1 сЬпЬ сЬ i i ^ i

Рис. 4.13. Плоская структура управления

c S ^ CSTD С 5 ^ с 5 ф

сЬ сЬ с5 о

Рис. 4.14. Многоуровневая (высокая) структура управления

нейное руководство дополняется штабным. Линейные руководи­ тели несут ответственность за достижение первичных, главных целей; штабные отвечают за решение задач, подчиненных глав­ ным целям. В общей системе штабные руковрдители, подчиняясь линейному руководству, выполняют функции консультантов. Однако нередки случаи, когда такая консультативная служба специалисто.в выступает на первый план и в значительной степени воздействует на всю систему.

Проектная (программно-целевая) структура. Это временная структура, создаваемая для решения конкретной задачи. Она об­ разуется внутри функционального подразделения. Ее члены - это высококвалифицированные специалисты различных областей, собранные вместе для осуществления сложного проекта. Когда проект завершен, группа распускается. Особенностью такой

^ Исследования в практике управления показали, что исполь­ зование проектных и матричных структур целесообразно при следующих условиях:

•разрабатываемый проект должен быть уникальным, рабо­ та над ним не должна носить рутинный характер;

•происходит частая смена технологии;

•работа группы над проектом должна вестись ограниченное время;

•решение осуществляется за счет общих усилий и способно­ стей членов группы.

Имеется несколько разновидностей проектной структуры. Наиболее известными являются бригадная и венчурная (иннова­ ционная) структуры.

Бригадная форма организации обычно используется в произ­ водстве, когда вся бригада принимает участие в производстве продукта от начальной до конечной стадии.

Названия венчурные и инновационные структуры в определен­ ной степени являются синонимами. Английское venture означает «рискованное дело», «рискованное предприятие». Как правило, рискованное дело в бизнесе связано с разработками инноваций, т.е. принципиально новых технологий, товаров или услуг.

Инновационные структуры в крупных организациях (корпо­ рациях) имеют несколько разновидностей в зависимости от ряда факторов: значимости разрабатываемых проектов, их целевой направленности и сложности, а также от степени формализации

исамостоятельности деятельности.

До с т о и н с т в а м и систем с изменяющейся структурой яв­ ляются хорошая адаптация к условиям внешней среды и высокая потенциальная эффективность в достижении поставленных целей. Однако эти возможности могут быть в полной мере реализованы только при учете двух факторов - планирования и управления деятельнрстью самой системы управления, а также психологичес­ ких аспектов.

При неправильном делении систем на подсистемы и наруше­ нии нормальных связей между подсистемами, расположенными на различных иерархических уровнях, возникают структуры, на­ зываемые патологическими.

Простейший пример патологии - двойное подчинение, когда для некоторого ОУ существуют две системы управления. Так, на

ление функций позволяет эффективно управлять функциониро­ ванием системы. Как только оно нарушается, например, вмеша­ тельством линейного руководства в действия дежурного персо­ нала, эффективность ухудшается, а в крайних случаях техноло­ гический процесс может быть полностью нарушен.

Существует еще один вид нарушений в иерархической струк­ туре, так называемое межранговое управление (управление че­ рез инстанцию). На рис. 4.16 показано, что центральный орган А системы управляет подразделениями низшего уровня через про­ межуточные системы управления Б и В к, кроме того, объектом управления ОУ 3 непосредственно, минуя промежуточные уров­ ни или ранги.

Межранговое управление может носить временный характер. Так, например, управление ОУ 3 в штатном режиме осуществля­ ется центром в соответствии с иерархией подчинения через сис­ тему управления В. Однако в особых случаях центр управляет этим ОУ непосредственно. Такими особыми обстоятельствами могут быть: аварийная ситуация в системе в целом или в ОУ 3; частичный выход из строя промежуточной системы управления В\ необходимость ускорить выполнение функций подразделением

ит.п.

Влюбом случае система управления В должна быть уведом­ лена о том, что центр, как говорят, «берет управление на себя» во избежание двойного управления. При этом центр в какой-то степени выполняет не свойственные ему функции, что неизбежно ограничивает его возможности по управлению остальной частью системы. Поэтому, как только в системе восстановится нормаль­ ная ситуация, управление вновь передается в систему управле­ ния В.

4.4. КАЧЕСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Система управления входит на правах подсистемы в систему с управлением. Поэтому в соответствии с системным принципом измерения эффективность системы управления должна опреде­ ляться на основе ее влияния на свойства системы с управлением в

целом или на степень достижения цели функционирования этой системы.

Для оценки свойств системы с управлением введена эмпири­ ческая порядковая шкала уровней качества. Свойства на этой шкале проранжированы в порядке возрастания их сложности. Шкала (см. главу 2) включает следующие свойства: устойчивость, помехоустойчивость, управляемость, способность к самооргани­ зации.

Рассмотрение уровней качества системы с управлением пока­ зывает, что оценка эффективности системы управления по влия­ нию на систему в целом вызывает определенные трудности, по­ скольку единый показатель эффективности, имеющий ясный фи­ зический смысл, отсутствует. Поэтому эффективность систем уп­ равления обычно оценивают по частным показателям, относя­ щимся к перечисленным уровням, выбираемым в зависимости от целей оценки. Рассмотрим эти показатели.

4 . 4 . 1 .

СТЕПЕНЬ СООТВЕТСТВИЯ РЕШЕНИЙ СОСТОЯНИЯМ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Наиболее общим является показатель, называемый степенью соответствия решений состояниям объекта управления. Этот по­ казатель может быть количественно определен с помощью тео­ рии информации через условную энтропию. Известно, что услов­ ная энтропия отражает качество управления в соответствии с принципом необходимого разнообразия Эшби в форме выраже­ ния

H{Y/X) = Я(У) - ЩХ) + H{X/Y).

Таким образом, энтропия управляемого объекта при наличии управления удовлетворяет неравенству H(Y/X) >H{Y)- ЩХ).

Это неравенство отражает предельные возможности управ­ ления. Достижение равенства возможно, когда управляющие воз­ действия и состояния управляемого объекта находятся в одно­ значном соответствии (когда управляющая система точно опре­ деляет отклонения состояния управляемого объекта под воздей­ ствием случайных возмущений среды Л'^ и точно вырабатывает

нужное корректирующее воздействие). На практике случайные отклонения состояния управляемого объекта от заданного не поддаются точному определению. Известные погрешности воз­ никают также при выработке корректирующих воздействий и при их исполнении управляемым объектом. В силу указанных при­ чин однозначная связь между управляющими воздействиями и состояниями управляемого объекта будет отсутствовать и услов­ ная энтропия H{X/Y) больше нуля.

Критерий качества управления по степени соответствия ре­ шений состояниям объекта управления может быть сформулиро­ ван как

что означает: требуемая энтропия системы управления должна быть не меньше энтропии объекта управления.

Однако практическое использование приведенного критерия затрудняется из-за того, что в нем не учитывается содержатель­ ная сторона состояний ОУ и воздействий СУ.

Пример 4.1. Определить требуемую энтропию системы управ­ ления ЩЮтреб "Р** условии, что объскт управлсния Y может на­ ходиться в двух состояниях {;',, ^г}-

Пусть объект управления Y - это администратор ЛВС. Со­ стояние j , означает выполнение им служебных обязанностей. Со­ стояние у2 означает отклонение от правильного выполнения слу­ жебных обязанностей.

Рассмотрим вероятность р нахождения ОУ в различных со­ стояниях:

1./7, = 0,5 в состоянии у^; Р2 = 0,5 в состоянии У2.

2./>, = 0,9 в состоянии y^•, Р2 = 0,1 в состоянии У2.

3./>, = 0,1 в состоянии J,; Р2 = 0,9 в состоянии jj - Рассчитаем требуемую энтропию систем управления для каж­

дого случая.

1. Определим энтропию ОУ для случая 1:

H{Y) = -Ър, \og2Pi = -{0,5 • log20,5 + 0,5 • log20,5} = -{0,5 • (-1) + 0,5 • (-1)}= -{(-0,5) + (-0,5)} = 1 бит.

Так как должны выполняться условия Н()Г)треб - ^ ( ^ ^ Я(У) = 1, значит, Н(Х)^ (1) > 1 бит.

2. Вычислим энтропию ОУ для случая 2:

H(Y) = -{0,9 • log20,9 + 0,1- logjO,!} = -{0,9 • (-0,152) + 0,1 • (-3,322)} = 0,469 бит,

значит, Я(Л0,реб(2) ^ 0,469 бит.

Полученная величина меньше, чем энтропия системы управ­ ления для случая 1. Это означает, что управлять дисциплиниро­ ванным сотрудником (вероятность выполнения которым своих обязанностей /?, = 0,9) легче, чем недисциплинированным, кото­ рый с одинаковой вероятностью может как выполнять обязанно­ сти, так и уклоняться от них.

3. Определим энтропию ОУ для случая 3:

H{Y) = -{0,1 • logjO,! + 0,9 • log20,9} = -{0,1 • (-3,322) + 0,9 • (-0,152)} = 0,469 бит,

значит, Я(Л0хреб(3) ^ 0,469 бит.

Из расчетов следует, что H(A^^g(2) = ЩХ).^^(3). Это проти­ воречит интуитивным представлениям о разных требованиях, которые должны предъявляться к системам управления для вто­ рого и третьего случаев.

Приведенный пример показывает ограниченность критерия соответствия управляющих воздействий состояниям объекта уп­ равления. В целом недостатком статистического подхода являет­ ся отсутствие учета семантики принимаемых решений.

Снять эти ограничения удается на основе анализа групп фун­ кций системы управления.

Такой анализ выявил, что в аспекте построения ИС основной вклад в эффективность управления вносят показатели ценности информации и остаточной неопределенности принимаемых реше­ ний {минимума эвристик). Относительно систем управления во­ енного назначения важными являются показатели устойчивости, непрерывности, оперативности (длительности цикла управления) и скрытности.

4.4.2. КРИТЕРИИ ЦЕННОСТИ ИНФОРМАЦИИ И МИНИМУМА ЭВРИСТИК

Принятие решений является основой управления, поскольку обеспечивает преобразование содержания информации о состо­ янии ОУ в командную информацию на этапах контроля, анали­ за, планирования (прогнозирования) и оперативного управления (регулирования, координации действий). От качества решений в значительной мере зависит эффективность функционирования системы в целом.

Качество решений - пригодность решений, получаемых на ос­ нове функций обмена информацией, рутинных функций, расчет­ ных, логических и эвристических правил порождения и выбора альтернатив для перевода системы в целевое состояние.

Качество решений является составным свойством, вбирающим многие внутренние свойства процесса управления, что вызывает сложности в трактовке указанного понятия. Однозначное пони­ мание, обоснованное объективными методами теории эффектив­ ности, на настоящее время не сформировалось. В целях устране­ ния субъективизма в оценке качества решений такую оценку мож­ но проводить по критерию ценности информации и критерию

минимума эвристик.

В основе оценки качества решений в ИС по данным критери­ ям лежат понятия ценности информации, остаточной энтропии (неопределенности) решения Я^^ и объектно-ориентированный подход к описанию предметной области.

Под решениями будем понимать командную информацию - множество {/рещ}) получаемое на основе применения множества функций преобразования информации {f^Ji к исходным дан­ ным - множеству информации о состоянии объекта управления и внешней среды {7^^^}.

Иначе говоря, принятие решения есть процесс преобразова­ ния исходных данных в решение/^,,,: 1„ -^ 1^,„.

Рассмотрим компоненты этого процесса в аспекте их влия­ ния на качество управления.

Совокупность сведений о реальном объекте, явлении или аб­ страктном понятии, относящемся к 1^^ или / , будем называть информационным объектом. Каждый информационный объект

270 Глава 4

описывается именем, набором характеристик, определяющих его значение, и конечным множеством процедур преобразования зна­

Принятые в примере 4.2 обозначения для способов определе­ ния значений характеристик/, (i) рассматриваются далее.

Объекты образуют иерархию, по которой характеристики также являются объектами, порождающими единую многоуров­ невую структуру, описывающую ОУ, решаемые задачи и воздей­ ствующую среду.