Билет 1. 1)Теория управления как составная часть кибернетики. Понятие об управляемых системах. Примеры управляемых систем и процессов.

1)Хотя управление как род деятельности человека известно с древности, точкой отсчета или рождения современной теории управления принято считать дату появления монографии американского ученого Норберта Винера «Кибернетика или управление и связь в животном, человеке и машине», вышедшую в 1948 году. В настоящее время теория управления является разделом кибернетики — науки, изучающей общие вопросы управления и связи. Методы теории управления успешно применялись и применяются для решения разнообразных задач: выбора оптимальной формы легкового автомобиля, определение пробной партии нового товара, радикального преобразования системы распределения телекоммуникационных услуг. Другими задачами, при которых часто применяются методы теории управления, служат задачи разработки графиков работы служащих, планов строительства тех или иных объектов, и т.д. Управляемая система - это система целенаправленная и создаваемая для достижения какой-нибудь цели. 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. Примеры управляемых систем: I Технические системы автоматического регулирования. В этих примерах управление реализуется без участия человека. В этом случае говорят об автоматическом способе управления.

А Поплавковая камера карбюратора Служит для регулировки (управления) уровнем бензина в карбюраторе. Целью является поддержания фиксированного уровня бензина. Впервые подобная идея управления уровнем жидкости была реализована более 2 тысяч лет назад в устройстве водяных часов.

Принцип работы системы достаточно прозрачен: 1) при уменьшении уровня бензина, поплавок, плавающий в бензине, понижается и воздействует на запорную иглу, которая открывает отверстие подачи бензина из бензобака, что и приводит к повышению уровня бензина; 2) при увеличении уровня бензина поплавок поднимается и запорная игла закрывает отверстие подачи из бензобака, что и приводит к уменьшению уровня бензина. Такое поведение поплавка приводит в целом к стабилизации уровня бензина в поплавковой камере. Уровень бензина в поплавковой камере определяет равномерность подачи бензина в камеру сгорания двигателя. Поэтому, если бы регулятора уровня бензина не было, то мы бы почувствовали ощутимые рывки и толчки при поездке на автомобиле. Устройством управления здесь служит поплавок + запорная игла, средством «измерения» уровня — поплавок, исполнительным устройством — запорная игла.

С Центробежный регулятор Уатта Это устройство было сконструировано в 1784 году для стабилизации частоты вращения вала парового двигателя. В современных двигателях внутреннего сгорания центробежный регулятор Уатта исп-ся при рег-ке угла опережения зажигания.

Принцип регулировки плавности вращения вала парового двигателя основывается на том, что при увеличении угловой частоты вращения, грузики под действием увеличивающейся центробежной силы расходятся от оси вращения и закрывают заслонку, прикрывая поступление пара в паровой двигатель. И обратно — при уменьшении угловой частоты вращения, грузики приближаются к оси вращения и открывают заслонку поступления пара в паровой двигатель, что приводит к увеличению угловой частоты вращения.

Эти примеры являются примерами так называемых регуляторов прямого действия, когда измерительное устройство непосредственно воздействует на исполнительно устройство, регулирующее желаемое состояние системы. В настоящее время между измерителями и исполнительными устройствами включают различные усилители, например, гидроусилители руля и тормозов в автомобиле. Анализируя принцип действия регуляторов в приведенных примерах обнаруживаем связь выхода системы с ее входом:

Выход––>Вход: уровень бензина ––>состояние отверстия; температура––>условие горения угля; положение биметаллической пластинки––>температура регулятора; угол отклонения грузиков от оси––>положение заслонки, регулирующей поступление пара в паровой двигатель. Такие связи в теории управления принято называть обратными. Связи в примерах А – С обладают еще одним замечательным свойством: изменение показателей системы на выходе приводит к изменению состояния на входе системы, ведущему к прямопротивоположному воздействию на показатели системы на выходе. Будем такие связи называть отрицательными. Таким образом, примеры А – С иллюстрируют управление по принципу обратных связей. Далее если управление производит непосредственно человек, то этот способ управления естественно называть ручным управлением. Если при управлении человек ряд своих функций реализует с помощью каких либо механизмов то такой способ далее будем называть автоматизированным.

II. Человек как «биологический автомат» Если внимательно посмотреть на жизнь человека с позиции теории управления, то увидим, что организм человек имеет большое число уровней управления, каждый из которых обладает своей спецификой, а именно: решает свои управленческие задачи. Уровень 1. Сознание — управляет человеком в непривычной для него обстановке, т.е. решает интеллектуальные задачи. Уровень 2. Подсознание — управляет человеком в уже известных, ранее часто встречающихся ситуациях. Вот здесь организм человека ведет себя как автомат. Подсознание разгружает сознание от рутинных операций, как–то: ходьба, бег, психомоторные рефлексы, навыки — приобретенные рефлексы. Уровень 3. Нервно–соматический уровень — обеспечивает безусловно рефлекторную деятельность: дыхание, глотание, мигание, кашель и т.д. Эти рефлексы жестко передаются по наследству, то есть отражают опыт предыдущих поколений. Уровень 4. Вегетативная нервная система — часть нервной системы, регулирующая деятельность органов кровообращения, дыхания и т.п. Играет ведущую роль в поддержании постоянства внутренней среды организма — гомеостазиса. Уровень 5. Гормональный уровень. Гормон — специальное сигнальное вещество, вырабатываемое железами внутренней секреции, разносится током крови по организму и целенаправленно воздействует на него в целом. Регулирующее воздействие гормонов во всей совокупности на организм человека называется гормональной регуляцией. Уровень 6. Ферментативный или клеточный уровень. Ферменты — специфические белки, играющие роль биологических катализаторов. Главная их особенность — способность к направленному и регулирующему действию. Биосинтез ферментов находится под контролем генов. Таким образом, организм человека представляет собой пример «иерархической управляемой системы». Цель существования человека как биологического организма прописана в Библии, Коране — «Плодитесь и размножайтесь!».

III Человеко–машинные системы (эргатические). В подобных управляемых системах человек выполняет роль управляющего элемента — субъекта управления. Примером подобных систем является система «автомобиль + водитель». Цель этой системы: 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. Но если в автомобиль сел пассажир и именно он задает цель движения, то формально водитель становится элементом исполнительного механизма. Следующий пример - подводная лодка 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, этот 3D объект 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.

IV Примеры управления в организациях (организационных системах) Примером организационной системы является университет, в котором мы обучаемся и работаем. Люди создают организацию для того, чтобы с ее помощью решать свои проблемы. Это означает, что организация с самого начала (т.е. с момента своего создания) имеет целевую ориентацию. Далее люди работают в организации для того, чтобы реализовывать свои цели. И наконец, люди, не входящие в организацию, но взаимодействующие с ней, тоже реализуют свои цели. Все это развивает целевое начало в организации. Следовательно, любая организация есть целенаправленная, целедостигаемая, то есть управляемая система. Почти все организации являются примерами «иерархически управляемых систем». В организациях можно выделить «производственную» компоненту, реализующую основной «производственный» процесс (в университете — процесс обучения), управленческую компоненту (учебное управление, проректорат, ученый совет), обслуживающую компоненту. Управление в организационных системах принимает формы институционального управления — установления норм и нормативов, мотивационного: создание условий и побуждения действовать так как надо организации, информационного управления — доведение той информации до членов организации, которая необходима для его функционирования в рамках организации.