Управление в человеко-машинных системах. Понятие о человеческом факторе.
Человеко–машинные системы (эргатические). В подобных управляемых системах человек выполняет роль управляющего элемента — субъекта управления. Хорошо знакомым примером подобных систем, является система «автомобиль + водитель». Цель функционирования этой системы прозрачна и очевидна: «перевозка, доставка людей и грузов из пункта А в пункт В». При управлении автомобилем, водителю приходится изменять
1. направление движения
2. скорость движения
3. режим движения
Эти действия водителя будем называть «управляющим воздействием». Есть еще и вспомогательные операции управления: включение и выключение зажигания, операции с освещением и т.д. Эти управляющие воздействия реализуются посредством воздействия водителя на рулевую колонку, акселлератор (газ), тормоз и т.д. Эти устройства объекта управления будем называть исполнительными устройствами. Хотелось бы обратить внимание на то, что, если в автомобиль сел пассажир и именно он задает цель движения, то формально водитель становится элементом исполнительного механизма.
В качестве следующей эргатической системы рассмотрим подводную лодку с экипажем. Пример интересен тем, что этим транспортным средством управляет не один человек, а несколько. Капитан организует, координирует, т.е. управляет действием экипажа. Однако, если фокус нашего внимания концентрировать только на действиях капитана и отношениях его с экипажем, то этот пример следует отнести к организационным системам.
Подводная лодка — объект более сложный по поведению, чем автомобиль. Действительно, это 3D объект и , к тому же, она находится в неустойчивом положении из–за дисбаланса приложения выталкивающей силы Архимеда. Поэтому необходимы как горизонтальные, так и вертикальные рули, а следовательно и члены экипажа, управляющие ими, так как один человек не в состоянии управлять и теми и другими устройствами.
Для управления судном (морским, воздушным) необходима операция, называемая прокладкой курса. Штурман по карте прокладывает (планирует) предлагаемый курс судна, например из точки А в точку В. Далее при реализации плана действий — курса, штурман периодически фиксирует на карте текущее положение судна, используя информацию, полученную от рулевого (направление движения) и механика (скорость движения). Здесь мы сталкиваемся еще с одним принципом управления — управление при наличии модели объекта управления. В данном случае моделью объекта управления служит точка, обозначающая положение подводной лодки на карте, тоже модели, по уже модели местности, а не объекта управления.
При изучении эргатических систем в теории управления рассматриваются вопросы, связанные с «человеческим фактором», проводящим в ряде случаев к авариям и катастрофам. Исследуются и вопросы эргономики — как и каким образом облегчить человеку управление соответствующей технической компонентой эргатической системы.
Понятие об оптимальном управлении. Показатели и критерии управления.
Управление – функция организованных систем различной природы (биологической, технической, социальной), обеспечивающая сохранение определенной их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию их программ и достижение их целей.
Термин «управление» можно толковать несколько шире. Мы можем говорить об управлении не только системами, но и процессами, с целью придания им желаемых свойств. Говорят об управлении качеством, управлении безопасностью и т.д.. конечно, в каждом конкретном случае необходимо раскрывать смысл этого управления. Однако, общим является то, что имеется ввиду целенаправленное воздействие на процесс и/или организация этого целенаправленного воздействия. Цель должна присутствовать обязательно. Без цели нет управления.
Завершая изучение вопросов управления в организации, рассмотрим вопрос о показателях и критериях управления. Этот вопрос весьма важен с точки зрения постановки "измерения" состояния ОУ – необходимого элемента для выбора эффективного управляемого воздействия (а в некоторых случаях и оптимального!).
Оптимальное управление — это задача проектирования системы, обеспечивающей для заданного объекта управления или процесса закон управления или управляющую последовательность воздействий, обеспечивающих максимум или минимум заданной совокупности критериев качества системы Для решения задачи оптимального управления строится математическая модель управляемого объекта или процесса, описывающая его поведение с течением времени под влиянием управляющих воздействий и собственного текущего состояния.
Задача оптимального управления
Сформулируем задачу оптимального управления:
Уравнения состояния:
(1).
Граничные условия ,
,
(2).
Минимизируемый функционал:
.
здесь x(t) — вектор состояния, u(t) — управление, t0, t1 — начальный и конечный моменты времени.
Задача оптимального управления
заключается в нахождении функций
состояния x(t)
и управления u(t)
для времени
,
которые минимизируют функционал.
Под показателями процесса деятельности будем понимать количественные характеристики, описывающие свойства этого процесса. Если рассматривать производственный процесс, то можно под показателями понимать следующее:
• производительность,
• средняя доля готовых изделий,
• экономическая эффективность процесса,
• средняя доля бракованных изделий и т.д.
например, производительность – показатель производственного процесса, количественно выражающийся в среднем количестве изделий, вырабатываемых производственной системой за фиксированный интервал (единицу) времени.
Под критерием будем понимать условие на показатель (показатели) процесса деятельности. Зачастую эффективность управления оценивается в формулировке и достижении соответствующих критериев, которые называются, в соответствии с этим, критериями управления.
Критерии:
Обобщенный критерий управления (качество управления) – степень достижения цели управляемой системы.
Критерии, описывающие эффективность использования ресурсов, если мы достигли одного и того же состояния ОУ (объекта управления).
Критерий по времени достижения желаемого состояния, с этим критерием связывают такое понятие как «быстродействие системы управления».
Критерий по устойчивости управляющего воздействия – небольшая вариация управляющего воздействия должна приводить к незначительному изменению конечного состояния ОУ после реализации управляющего воздействия.
Критерии оперативности – требовании того, как быстро можно реализовать управляющее воздействие. Если говорить об управлении в экономике.
Критерий скрытности управления – как незаметно для противника можно накопить (перебросить) ресурсы для достижения цели. Если только в военном деле.
Критерий живучести – способность сохранить свойства управляемой системы и системы управления – например, после нанесения боевого удара со стороны неприятеля. Робастность системы – способность её функционирования в условиях частичного выхода из строя её элементов. Как правило, это достигается дублированием элементов, подсистем и каналов связи.
Критерий надежности – как долго элементы системы не выходят из строя.