Билет 10. 1) Управляемые системы: технические, эргатические, организационные. Примеры управляемых систем и процессов. Принципы управления.

1) 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!

Принципы управления: Структурная диаграмма демонстрирует управление по принципу обратной связи, при котором выбор управляющего воздействия осуществляется исходя из информации о текущем состоянии ОУ относительно цели. В этом случае процесс управления может быть описан как процесс, состоящий из шагов: 1)Получение информации о состоянии ОУ; 2)Анализ состояния ОУ относительно цели; 3)Выбор управляющего воздействия из списка допустимых управляющих воздействий; 4)Применение управляющего воздействия к объекту управления. И в целом процессе управления можно мыслить как циклический процесс, состоящий из реализации этих шагов. Совокупность этих шагов будем называть командным циклом, а его длительность будем называть быстродействием системы управления. Быстродействие системы управления является важнейшей характеристикой системы управления. Для управления по принципу обратной связи характерно наличие так называемого замкнутого контура управления – движение информации с соответствующей трансформацией и изменениями материального носителя от ОУ к СУ и обратно. Этот контур управления изображен на диаграмме в виде кружка со стрелками и помечен «_*». Для других принципов управления такого замкнутого контура нет! Принцип управления методом проб и ошибок подразумевает управление при полном или частичном незнании поведения ОУ при оказании на него управляющего воздействия. – «Нажми на эту клавишу компьютера и посмотри, что будет дальше». Такой способ управления реализуется СУ, если он например «не обучен» управляющим воздействиям или не представляет закона эволюции ОУ, не знает режим функционирования ОУ, неправильно заданы цели управления. Иногда этот способ управления приводит к печальным или трагическим последствиям.

П ринцип программного управления подразумевает выдачу управляющих воздействий по заранее заданной программе. В этом случае СУ будем называть задатчиком программного управления – ЗПУ. Структурная диаграмма в данном случае упрощается до следующей:

Программный принцип управления широко используется при управлении движением транспортных средств в авиации и морском флоте в виде «управления с помощью автопилота». Но при создании программы управления невозможно учесть воздействие ОС на ОУ, если оно характеризуется большой степенью случайности.

Если в нашем распоряжении имеется модель ОУ, адекватно описывающей поведение ОУ при воздействии со стороны ОС и реакции на УВ, то возможно управление при наличии модели.

Структурная схема управляемой системы в этом случае примет вид:

Подобный принцип управления характерен для ряда непрерывных производств (химических, и т.д.) или для управления социосистемами, где в качестве модели выделяется группа лиц и только их состояние отслеживается для организации управления (например, система рейтингов на телевидении, социологические опросы населения). Следует отметить, что только при управлении по принципу обратной связи, реализуется замкнутый контур управления. В программном управлении и управлении при наличии модели ОУ замкнутого контура нет и необходимы периодические коррекции состояния ОУ по принципу обратной связи.

Билет 10.2) Свойства управляемых систем. Анализ большого количества управляемых систем и процессов позволяет выявить в технических, человеко-машинных и организационных системах ряд общих свойств. В некоторых учебниках по теории управления эти свойства называют аксиомами управления. Свойство 1. Наличие цели управления. Управление есть навязывание системе занять желаемое состояние, управление процессом есть придание ему желаемых свойств. Следовательно, управление предполагает целенаправленное воздействие. Без цели нет и управления! Под формулировкой цели управления будем мыслить решение задачи целеполагания или целеуказания, если предполагаемых целей может быть много. В ряде случаях это сделать просто, в других – достаточно сложно. Свойство 2. Наличие возможности описать состояние системы, в нашем случае – объекта управления (ОУ). Под состоянием ОУ будем понимать конечную совокупность параметров, однозначно его определяющих. Если этих параметров n-штук, то можно говорить о множестве состояний объекта управления как подмножестве арифметического пространства Rⁿ. В этом случае состояние ОУ изображается точкой Rⁿ –точкой фазового пространства - пространства состояний системы. Чем меньше размерность фазового пространства, тем, как правило, легче организовать управление системой. Примером трудностей, возникающих при сложностях описания состояния ОУ, являются квантово-механические системы, где работает принцип неопределенности Гейзенберга: либо мы знаем положение частицы, но не знаем ее импульса, либо наоборот! Свойство 3. Наличие у ОУ возможности изменять свое состояние. Если у объекта или процесса такой возможности нет, то говорить об управлении бессмысленно. Свойство 4. Наличие некоторой совокупности воздействий на ОУ, реализация которых приводит к изменению состояния системы. Если мы хотим управлять кем-то или чем-то, то необходимо эту совокупность выявить. Эту совокупность далее будем называть множеством управляющих воздействий. Выявление такой совокупности есть один из этапов решения задачи анализа управляемой системы. Если мы проектируем управляемую систему, т.е. решаем задачу синтеза управляемой системы, то мы должны эту совокупность действий предусмотреть или сконструировать. Свойство 5. Наличие наблюдаемости, то есть регистрации (измерения) состояния ОУ. Здесь предполагается возможность получения информации о текущем состоянии ОУ. Эта информация может носить качественный или количественный характер. По аналогии с физическим демоном Максвелла, можно говорить и о демоне управления – задвижке, которая реализует пропуск более «быстрых» молекул в одну из камер.

Если бы это удалось, то мы бы получили дешевый и достаточно продолжительный источник энергии. Действительно, демон управления сортировал бы молекулы по их скорости, создавая перепад давления между камерами. Это позволило бы крутить генератор! На самом деле здесь возникают проблемы, связанные с наблюдаемостью. Эта система квантово-механическая. Свойство 6. Наличие возможности (или алгоритма) выбора управляющего воздействия. Если есть множество управляющих воздействий, но нет способа их выбора, то, естественно, нет и управления. Свойство 7. Наличие в управляемой системе ресурсов управления, обеспечивающих реализацию управленческих воздействий. Под ресурсами управления в той или иной ситуации понимается, например: мускульная сила, нервы, выдержка, достижения цели, административный ресурс и т.д. Свойство 8. Наличие возможности оценки степени достижения цели управления. Для оценки степени достижения цели могут быть введены критерии эффективности управления, которые являются условиями на параметры – показатели управления. Критерий – это греческое слово, означающее мерило (измерение) чего-либо. Может рассматриваться обобщенный критерий управления (качество управления) – степень достижения цели управляемой системы. Могут рассматриваться частные критерии, описывающие эффективность использования ресурсов, если мы достигли одного и того же состояния ОУ. Например:

, .

Может рассматриваться 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. Если говорить об управлении в экономике или военном деле, то можно говорить о критерии оперативности – требовании того, как быстро можно реализовать управляющее воздействие. Если только в военном деле, то большую роль играет, например, критерий скрытности управления – как незаметно для противника можно накопить (перебросить) ресурсы для достижения цели. Еще один критерий управления относится не только к системам военного назначения – критерий живучести – способность сохранить свойства управляемой системы и системы управления – например, после нанесения боевого удара со стороны неприятеля. Как Критерий надежности – как долго элементы системы не выходят из строя. Современная действительность требует пересмотра основ управления, а, следовательно, и свойств управляемых систем. Например, в связи с террористической деятельностью рассматривается возможность создания системы управления полетами самолетов из космоса. Эта система будет в экстренных случаях отбирать возможность управления у пилота и управлять полетом вплоть до принудительного приземления самолета. Исторически управление самолетом идет от управления морским судном – все управление замыкается на капитана. Это известный принцип управления в организационных системах – единоначалие. Есть такая точка зрения среди управленцев, что ни один из современных капитанов от этого принципа не откажется. А следовательно на борту самолета экипажа быть не должно!

Билет 10.3) Уровни управления в организации. Под организацией будем понимать коллектив людей (больше одного) деятельность которых направлена на достижение общих целей. Безусловно, в своей деятельности коллектив, составляющий организацию, использует различные механизмы и устройства: компьютеры, телефоны, телефаксы, автомашины, и др. Но в фокусе нашего внимания будут именно люди и их взаимодействие, складывающееся между ними в результате процессов управления. В организации, как правило, реализуется многозвенное, многоуровневое – иерархическое управление. Это, прежде всего, связано со сложностью организации как системы (много элементов, много состояний, много взаимодействий). Если ОУ сложная система, то, по принципу необходимого разнообразия У.Р.Эшби, и система управления должна соответствовать ему по уровню разнообразия. Это порождает большое разнообразие решаемых задач и, соответственно функций, реализуемых системой управления. Эта функции могут быть объедены в однообразные совокупности задач, связанные с функциональным подходом, с организацией производства, финансовым обращением, учетом, администрированием и т.д.

По степени отвлеченности (отдаленности) от основного процесса деятельности будем выделять уровни управления: высший, средний, низший. По функциональному признаку: операционный, управленческий, административный; по масштабу решаемых управленческих задач: стратегический, тактический, оперативный. Каждому уровню управления приписываются соответствующие функции и задачи, реализации и решения, которых, необходимо для "перемещения организации во времени" – её функционирования во времени. Это приводит нас к понятию управленческая пирамида организации.

Билет 11. 1) Структура и элементы управляемой системы: объект управления, субъект (система, устройство) управления. Примеры управляемых систем и процессов. Управляемая система - система целенаправленная и создаваема для достижения какой-нибудь цели. Анализ систем, могущих претендовать на звание управляемых и приведенных в качестве примеров подобных систем, демонстрирует некую общность, присущую этим системам. Действительно, во всех нижеследующих примерах можно увидеть сходную общую структуру управляемой системы. В управляемой системе можно выделить «объект управления» (ОУ) – чем управляют и Устройство управления (УУ), субъект управления или систему управления (обозначаемые далее как СУ₁, СУ₂) – то, что управляет. То, чем воздействует УУ, СУ₁ или СУ₂ на ОУ будем далее называть Управляющим воздействием (УВ). Например, для автомобиля это поворот рулевого колеса, нажатие на педаль газа или тормоза, переключение скоростей с помощью коробки передач. В управляемой системе присутствует и то, что реализует управляющее воздействие. Этот компонент управляемой системы будем называть Исполнительным устройством. Если в качестве управляемой системы будем рассматривать организацию, то в качестве управляющего элемента будем понимать систему управления. Несомненно одно – в управляемой системе должны присутствовать следующие компоненты: 1)Цель; 2)Объект управления; 3)Устройство управления или Субъект управления или Система управления; 4)Управляющие воздействия; 5)Исполнительное устройство находящиеся в определенном отношении и взаимодействии. Только при наличии этих компонент управляемая система может проявить свойство целостности – эмерджентность: способность достичь цель. Ни автомобиль, ни водитель таким свойством эмерджентности не обладают. Дальнейший анализ управляемой системы показывает, что объект управления испытывает не только воздействия со стороны УУ, СУ₁ или СУ₂, но и со стороны элементов реального мира, не входящих в состав системы. Совокупность таких элементов будем называть окружающей средой (ОС). Вообще говоря, если ОС не оказывает существенного влияния на ОУ (с точки зрения достижения цели), то влияние ОС можно и не учитывать. Например, для автомобиля на хорошей дороге, небольшой боковой ветер может не приниматься во внимание. Однако, при увеличении скорости ветра, скорости автомобиля и уменьшения коэффициента сцепления шин с дорогой, боковой ветер, безусловно, заслуживает пристального внимания со стороны водителя – Субъекта управления, при выборе управляющего воздействия. В частности, это должно проявляться в большой плавности перекладывания рулевого колеса, плавности торможения и работы с дроссельной заслонкой на скользкой дороге. Таким образом, способ реализации и само УВ оказывается зависящим от воздействия ОС на ОУ. Ну а сам выбор УВ, естественно, должен определяться текущим состоянием ОУ относительно цели. Имея в виду, что ОУ «перерабатывает» объекты реального мира, структурную диаграмму, изображающую управляемую систему, можно представить в виде:

Стрелки, начинающиеся кружочками и оканчивающиеся в СУ, демонстрируют, что СУ для выработки УВ должен обладать информацией (сведениями) о состоянии ОУ – положении относительно цели и воздействии, которое оказывает ОС на ОУ. Будем полагать, что кружочки «измеряют» положение ОУ и воздействие на ОУ со стороны ОС , то есть являются датчиками Д₁ и Д₂. Стрелки, идущие от датчиков будем называть каналами связи. Прямым каналом связи будем называть стрелку по которой поступает информация о состоянии ОС (вернее о влиянии ОС на ОУ) в СУ, а обратным (обратите внимание на направление этой стрелки на диаграмме) каналом – стрелку ,по которой информация о состоянии ОУ поступает в СУ. Будем считать также, что информация о состоянии ОС представлена в виде показателей состояния ОУ – параметров управления. Стрелку от СУ к ОУ будем называть каналом управления и она олицетворяет УВ, прикладываемое к ОУ. Для ряда управляемых систем канал управления может по своей сути являться каналом связи, который будем причислять к прямым каналам. Например передача команды по телефону, рации, со связным и т.п. Такой способ организации управления подразумевает наличие в ОУ исполнительного устройства с функцией реализации управляющего воздействия – в виде материализованного управляющего воздействия, полученного по каналу связи СУ с ОУ.

Билет 11. 2) Понятие об обобщенном управленческом цикле в организации. Понятие об управленческом решении. Под организацией будем понимать коллектив людей (больше одного) деятельность которых направлена на достижение общих целей. Безусловно, в своей деятельности коллектив, составляющий организацию, использует различные механизмы и устройства: компьютеры, телефоны, телефаксы, автомашины, и др. Но в фокусе нашего внимания будут именно люди и их взаимодействие, складывающееся между ними в результате процессов управления.

Совокупность действий системы управления, связанную с переработкой некоторой порции информации и выработкой соответствующей порции управляющих воздействий назовем циклом управления или командным циклом. Под быстродействием системы управления будем понимать длительность интервала времени, необходимого для реализации цикла управления.

Цикл управления выполнения проектом с помощью методологии сетевого планирования и управления (можно переделать под простой управленческий цикл): 1)принятие решения об управлении выполнения проектом с помощью методологии СПУ (ЛПР, ГПР); 2)Решение задачи целеполагания для проекта (аналитик, сетевой оператор, эксперты, консультанты, руководитель проекта); 3)Контроль за выполнением проекта и сбор информации об отклонениях (времени и ресурсных) от цели – плана реализации части проекта (служба контроля, служба мониторинга); 4)Коррекция, повторение решения задачи целеполагания для оставшейся части проекта (аналитик, сетевой оператор, руководитель проекта); 5)Возврат к пункту 3, до тех пор пока проект не будет завершён (руководитель проекта принимает решение о перерасчёте временных и ресурсных характеристик). Управленческое решение - директивный акт целенаправленного воздействия на объект управления, основанный на анализе достоверных данных, характеризующих конкретную управленческую ситуацию, определение цели действий, и содержащий программу достижения цели. Управленческие решения различаются:

- по времени управления на стратегические, тактические, оперативные;

- по степени участия специалистов на индивидуальные, коллективные, коллегиальные;

- по содержанию управленческого процесса на социальные, экономические, организационные, технические.

Билет 11. 3 ) Управление в организации: общая характеристика. При изучении феномена (явления) управления в организационных системах, прежде всего, сталкиваемся с большим разнообразием типов организаций. Организации можно классифицировать по структуре (унитарное, акционерное, товарищество на вере), форме собственности (государственное, частное, общественное), масштабам (малое, среднее, крупное), расположении (сосредоточенное, рассредоточенное или сетевая), характеру основных процессов деятельности (коммерческое, некоммерческое, торговое, производственное), целям и др. Все это, в соответствие с теорией сложных систем, создает определенные трудности при исследовании. Мы будем отталкиваться от целевого начала в организации. Под организацией будем понимать коллектив людей (больше одного) деятельность которых направлена на достижение общих целей. Безусловно, в своей деятельности коллектив, составляющий организацию, использует различные механизмы и устройства: компьютеры, телефоны, телефаксы, автомашины, и др. Но в фокусе нашего внимания будут именно люди и их взаимодействие, складывающееся между ними в результате процессов управления. Люди создают организации для того, чтобы с их помощью решать свои проблемы. Это значит, что процессы, происходящие в организации, имеют целевую направленность, а значит должны быть управляемыми. Даже люди входят в члены организации для того, чтобы за счет этого достигать для себя определенный результат. Это тоже придает организации определенную целевую направленность. Наконец, люди, не входящие в состав коллектива организации, могут взаимодействовать с организацией, преследуя свой личные цели, если организация предоставит им соответствующие сервисы – решение интересующих людей проблем. Все это говорит о том, что целевое начало в деятельности организации должно быть ярко выражено. Конечно, имеет место, и некоторое исключение из правил – секретные службы, криминальные сообщества. Но и там целевое начало, безусловно, присутствует в их деятельности. Будем под миссией организации понимать наиболее общие цели, выражающие философию, предназначение и смысл существования организации. Миссия организации может пониматься и несколько уже - как сформулированное утверждение о том, для чего и по какой причине существует организация, отличие данной организации от ей подобных. Миссия организации задает общие ориентиры, то конкретное конечное состояние, к которому в каждый момент времени стремится организация, фиксируется в виде её целей. Будем понимать под целями организации – конкретное состояние отдельных характеристик организации, достижение которых является для нее желательным и на достижении которых направлена её деятельность. В зависимости от периода времени, требуемого для их достижения, цели делятся на долгосрочные и краткосрочные. В крупной организации с несколькими структурными подразделениями складывается иерархия целей, представляющая собой декомпозицию целей более высокого уровня в цели более низкого уровня. Специфика иерархического построения целей обусловлена тем, что цели более высокого уровня носят более широкий характер и имеют долгосрочный временной интервал достижения, цели низкого уровня это элементы декомпозиции целей высокого уровня. К целям предъявляются следующие требования: достижимость; гибкость; измеримость; конкретность; совместимость; приемлемость.

Билет 12. 1) Целевые установки, управляющие воздействия, связь, каналы связи. Примеры управляемых систем и процессов. Управляемая система - система целенаправленная и создаваема для достижения какой-нибудь цели. Анализ систем, могущих претендовать на звание управляемых и приведенных в качестве примеров подобных систем, демонстрирует некую общность, присущую этим системам. Действительно, во всех нижеследующих примерах можно увидеть сходную общую структуру управляемой системы. В управляемой системе можно выделить «объект управления» (ОУ) – чем управляют и Устройство управления (УУ), субъект управления или систему управления (обозначаемые далее как СУ₁, СУ₂) – то, что управляет. То, чем воздействует УУ, СУ₁ или СУ₂ на ОУ будем далее называть Управляющим воздействием (УВ). Например, для автомобиля это поворот рулевого колеса, нажатие на педаль газа или тормоза, переключение скоростей с помощью коробки передач. В управляемой системе присутствует и то, что реализует управляющее воздействие. Этот компонент управляемой системы будем называть Исполнительным устройством. Если в качестве управляемой системы будем рассматривать организацию, то в качестве управляющего элемента будем понимать систему управления. Несомненно одно – в управляемой системе должны присутствовать следующие компоненты: 1)Цель; 2)Объект управления; 3)Устройство управления или Субъект управления или Система управления; 4)Управляющие воздействия; 5)Исполнительное устройство находящиеся в определенном отношении и взаимодействии. Только при наличии этих компонент управляемая система может проявить свойство целостности – эмерджентность: способность достичь цель. Ни автомобиль, ни водитель таким свойством эмерджентности не обладают. Дальнейший анализ управляемой системы показывает, что объект управления испытывает не только воздействия со стороны УУ, СУ₁ или СУ₂, но и со стороны элементов реального мира, не входящих в состав системы. Совокупность таких элементов будем называть окружающей средой (ОС). Вообще говоря, если ОС не оказывает существенного влияния на ОУ (с точки зрения достижения цели), то влияние ОС можно и не учитывать. Например, для автомобиля на хорошей дороге, небольшой боковой ветер может не приниматься во внимание. Однако, при увеличении скорости ветра, скорости автомобиля и уменьшения коэффициента сцепления шин с дорогой, боковой ветер, безусловно, заслуживает пристального внимания со стороны водителя – Субъекта управления, при выборе управляющего воздействия. В частности, это должно проявляться в большой плавности перекладывания рулевого колеса, плавности торможения и работы с дроссельной заслонкой на скользкой дороге. Таким образом, способ реализации и само УВ оказывается зависящим от воздействия ОС на ОУ. Ну а сам выбор УВ, естественно, должен определяться текущим состоянием ОУ относительно цели. Имея в виду, что ОУ «перерабатывает» объекты реального мира, структурную диаграмму, изображающую управляемую систему, можно представить в виде:

Стрелки, начинающиеся кружочками и оканчивающиеся в СУ, демонстрируют, что СУ для выработки УВ должен обладать информацией (сведениями) о состоянии ОУ – положении относительно цели и воздействии, которое оказывает ОС на ОУ. Будем полагать, что кружочки «измеряют» положение ОУ и воздействие на ОУ со стороны ОС , то есть являются датчиками Д₁ и Д₂. Стрелки, идущие от датчиков будем называть каналами связи. Прямым каналом связи будем называть стрелку по которой поступает информация о состоянии ОС (вернее о влиянии ОС на ОУ) в СУ, а обратным (обратите внимание на направление этой стрелки на диаграмме) каналом – стрелку ,по которой информация о состоянии ОУ поступает в СУ. Будем считать также, что информация о состоянии ОС представлена в виде показателей состояния ОУ – параметров управления. Стрелку от СУ к ОУ будем называть каналом управления и она олицетворяет УВ, прикладываемое к ОУ. Для ряда управляемых систем канал управления может по своей сути являться каналом связи, который будем причислять к прямым каналам. Например передача команды по телефону, рации, со связным и т.п. Такой способ организации управления подразумевает наличие в ОУ исполнительного устройства с функцией реализации управляющего воздействия – в виде материализованного управляющего воздействия, полученного по каналу связи СУ с ОУ.

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!

Б илет 12. 2) Человек как элемент системы управления. “Человеческий фактор” в управлении. 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 направление движения, скорость движения, 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. «Человеческий фактор» - свойства человека ошибаться (неверно выбирать управляющее воздействие) в обстановке, совершенно к этому не располагающей или систематически сознательно нарушать предписание требований безопасности.

Билет 12. 3) Понятие об информационных системах управления производством. В настоящее время при автоматизации регулирования производственных процессов широко используются компьютерные технологии. Задачи автоматического регулирования представляют «нижнюю» группу задач в иерархии управления производством и они решаются с помощью систем типа SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) или DCS (Distributed Control Systems). Оба указанных типа систем относятся в отечественной классификации к классу Автоматизированных Систем Управления Технологическими Процессами (АСУТП). Системы типа SCADA и DCS относятся к классу MMI (Man-Machine Interface) или HMI (Human-Machine Interface) и обеспечивают «человеко-машинный интерфейс» в смысле обеспечения двухсторонней связи «оператор – технологическое оборудование». Далее под классом MMI (HMI) систем будем понимать такие системы, которые реализуют функции отображения, представления технологической информации и позволяют оператору оказывать на него (технологический процесс) влияние.

С точки зрения общих принципов управления принципиальной разницы между системами SCADA и DCS нет. Однако углубленный анализ специализированной литературы приводят к тому, что системы типа SCADA тяготеют к серверной архитектуре. Сервер осуществляет сбор информации от контроллеров, её обработку и передачу им управляющих воздействий. Этот же сервер – узел управления может быть рабочим местом оператора. К классу DCS можно отнести однородные системы, распределенные не только территориально, но и композиционно в смысле равноправных разнофункциональных узлов.

Замена оператора автоматическим регулятором имеет свои плюсы и минусы. В частности, устранение человека из контура управления уменьшает влияние «человеческого фактора» - свойства человека ошибаться (неверно выбирать управляющее воздействие) в обстановке, совершенно к этому не располагающей или систематически сознательно нарушать предписание требований безопасности.

Билет 13. 1) Понятие о контуре управления. Примеры управляемых систем и процессов. Принципы управления. Структурная диаграмма демонстрирует управление по принципу обратной связи, при котором выбор управляющего воздействия осуществляется исходя из информации о текущем состоянии ОУ относительно цели. В этом случае процесс управления может быть описан как процесс, состоящий из шагов: 1)Получение информации о состоянии ОУ; 2)Анализ состояния ОУ относительно цели; 3)Выбор управляющего воздействия из списка допустимых управляющих воздействий; 4)Применение управляющего воздействия к объекту управления. И в целом процессе управления можно мыслить как циклический процесс, состоящий из реализации этих шагов. Совокупность этих шагов будем называть командным циклом, а его длительность будем называть быстродействием системы управления. Быстродействие системы управления является важнейшей характеристикой системы управления. Для управления по принципу обратной связи характерно наличие так называемого замкнутого контура управления – движение информации с соответствующей трансформацией и изменениями материального носителя от ОУ к СУ и обратно. Этот контур управления изображен на диаграмме в виде кружка со стрелками и помечен «_*». Для других принципов управления такого замкнутого контура нет!

П ринцип управления методом проб и ошибок подразумевает управление при полном или частичном незнании поведения ОУ при оказании на него управляющего воздействия. – «Нажми на эту клавишу компьютера и посмотри, что будет дальше». Такой способ управления реализуется СУ, если он например «не обучен» управляющим воздействиям или не представляет закона эволюции ОУ, не знает режим функционирования ОУ, неправильно заданы цели управления. Иногда этот способ управления приводит к печальным или трагическим последствиям.

Принцип программного управления подразумевает выдачу управляющих воздействий по заранее заданной программе. В этом случае СУ будем называть задатчиком программного управления – ЗПУ. Структурная диаграмма в данном случае упрощается до следующей:

Программный принцип управления широко используется при управлении движением транспортных средств в авиации и морском флоте в виде «управления с помощью автопилота». Но при создании программы управления невозможно учесть воздействие ОС на ОУ, если оно характеризуется большой степенью случайности.

Если в нашем распоряжении имеется модель ОУ, адекватно описывающей поведение ОУ при воздействии со стороны ОС и реакции на УВ, то возможно управление при наличии модели.

Структурная схема управляемой системы в этом случае примет вид:

П одобный принцип управления характерен для ряда непрерывных производств (химических, и т.д.) или для управления социосистемами, где в качестве модели выделяется группа лиц и только их состояние отслеживается для организации управления (например, система рейтингов на телевидении, социологические опросы населения). Следует отметить, что только при управлении по принципу обратной связи, реализуется замкнутый контур управления. В программном управлении и управлении при наличии модели ОУ замкнутого контура нет и необходимы периодические коррекции состояния ОУ по принципу обратной связи.

Билет 13. 2) Многошаговый процесс управления. Принцип динамического программирования Беллмана. (В многошаговых процессах управления содержание каждого шага не может быть заранее однозначно определено.) Метод ДП - один из наиболее мощных и совершенных математических методов современной теории управления - был создан в конце 50-х гг американским математиком Ричардом Беллманом. Его применение к многошаговому процессу управления, а также многочисленные приложения метода к разнообразным проблемам теории принятия решения, экономики и других предметных областей способствовали закреплению этого метода как одного из важнейших инструментов теории оптимальных управляемых процессов. Сформулированный Р. Беллманом принцип оптимальности гласит: Отрезок оптимального процесса от любой его точки до завершения сам является оптимальным с началом в этой точке. Этот принцип легко доказывается от противного в предположении существования оптимальных процессов. На основании этого принципа выводится основное функциональное уравнение Беллмана или соответствующее реккурентное соотношение, если ОУ описывается моделью с дискретным временем. Рассмотрим управляемую систему, состояние которой в каждый момент времени характеризуется n-мерным вектором х с компонентами х₁, ..., х_n. Предполагаем, что время t изменяется дискретно и принимает целочисленные значения 0,1,... Так, для процессов в экономике дискретным значениям времени могут отвечать дни, декады, месяцы или годы, а для процессов в электронных устройствах интервалы между соседними дискретными моментами времени определяются тактовой частотой этих устройств. Предполагаем, что на каждом шаге на систему оказывается управляющее воздействие при помощи m-мерного вектора управления u с компонентами u,..., u_m. Таким образом, в каждый момент времени t состояние системы характеризуется вектором х(t), а управляющее воздействие - вектором u(t). На выбор управления обычно бывают наложены ограничения, которые в достаточно общей форме можно представить в виде u(t) U, t=0,1,..(1) Здесь U - заданное множество в n-мерном пространстве. Под влиянием выбранного в момент t управления (принятого решения) система переходит в следующий момент времени в новое состояние. Этот переход можно описать соотношением x(t+1)=f(x(t),u(t)), t=0,1,… (2) Здесь f(х, и) - n-мерная функция от n-мерного вектора х и m-мерного вектора u, характеризующая динамику рассматриваемой системы. Эта функция предполагается известной и отвечает принятой математической модели рассматриваемого управляемого процесса. Зададим еще начальное состояние системы х(0) = х°, (3), где х⁰ - заданный n-мерный вектор. Таким образом, многошаговый процесс управления описывается соотношениями (1)-(3). Процедура расчета конкретного процесса сводится к следующему. Пусть в некоторый момент состояние системы х(t) известно. Тогда для определения состояния х(t+1) необходимо выполнить две операции: 1) выбрать допустимое управление u(t), удовлетворяющее условию (1); 2) определить состояние x(t+ 1) в следующий момент времени согласно (2). Так как начальное состояние системы задано, то описанную процедуру можно последовательно выполнить для всех t = 0, 1, ... Последовательность состояний х(0), х(1), ...часто называется траекторией системы. Заметим, что выбор управления на каждом шаге содержит значительный произвол. Этот произвол исчезает, если задать цель управления в виде требования минимизации (или максимизации) некоторого критерия оптимальности.

Билет 13. 3) Управление и менеджмент. Под организацией будем понимать коллектив людей деятельность которых направлена на достижение общих целей. В менеджменте рассматривается большой круг вопросов, связанных с управлением в организациях. Простое перечисление этих вопросов уже представляет определенную трудность. Перечисление учебных дисциплин управленческого цикла для студентов, обучающихся по специальности "Менеджмент организации": "Исследование систем управления", "Разработка управленческих решений", "Управление персоналом", "Практический менеджмент", "Стратегическое управление", "Инновационный менеджмент", "Муниципальное управление", "Методы кризисного управления" и т.д. свидетельствует о высокой значимости деятельности управленца в управлении организацией. Еще раз повторю, что содержание управления в организации раскрывают основные функции управления: 1)предвидение, 2)организация, 3)контроль, 4)регулирование, 5)координация, 6)активизация (мотивация).

Билет 14. 1) Управляемая система и окружающая среда. Их взаимодействие. Примеры управляемых систем и процессов. Управляемая система - система целенаправленная и создаваемая для достижения какой-нибудь цели. В управляемой системе можно выделить «объект управления» (ОУ) – чем управляют и Устройство управления (УУ), субъект управления или систему управления (обозначаемые далее как СУ₁, СУ₂) – то, что управляет. То, чем воздействует УУ, СУ₁ или СУ₂ на ОУ будем далее называть Управляющим воздействием (УВ). Например, для автомобиля это поворот рулевого колеса, нажатие на педаль газа или тормоза, переключение скоростей с помощью коробки передач. В управляемой системе присутствует и то, что реализует управляющее воздействие. Этот компонент управляемой системы будем называть Исполнительным устройством. Если в качестве управляемой системы будем рассматривать организацию, то в качестве управляющего элемента будем понимать систему управления. В управляемой системе должны присутствовать следующие компоненты: Цель, Объект управления, Устройство управления или Субъект управления или Система управления, Управляющие воздействия, Исполнительное устройство, находящиеся в определенном отношении и взаимодействии. Только при наличии этих компонент управляемая система может проявить свойство целостности – эмерджентность: способность достичь цель. Ни автомобиль, ни водитель таким свойством эмерджентности не обладают. Дальнейший анализ управляемой системы показывает, что объект управления испытывает не только воздействия со стороны УУ, СУ₁ или СУ₂, но и со стороны элементов реального мира, не входящих в состав системы. Совокупность таких элементов будем называть окружающей средой (ОС). Если ОС не оказывает существенного влияния на ОУ (с точки зрения достижения цели), то влияние ОС можно и не учитывать. Например, для автомобиля на хорошей дороге, небольшой боковой ветер может не приниматься во внимание. Однако, при увеличении скорости ветра, скорости автомобиля и уменьшения коэффициента сцепления шин с дорогой, боковой ветер, безусловно, заслуживает пристального внимания со стороны водителя – Субъекта управления, при выборе управляющего воздействия. Управляемую систему, можно представить в виде:

Стрелки, начинающиеся кружочками и оканчивающиеся в СУ, демонстрируют, что СУ для выработки УВ должен обладать информацией (сведениями) о состоянии ОУ – положении относительно цели и воздействии, которое оказывает ОС на ОУ. Кружки «измеряют» положение ОУ и воздействие на ОУ со стороны ОС , то есть являются датчиками Д₁ и Д₂. Стрелки, идущие от датчиков называются каналами связи. Прямым каналом связи будем называть стрелку по которой поступает информация о состоянии ОС в СУ, а обратным каналом – стрелку, по которой информация о состоянии ОУ поступает в СУ. Информация о состоянии ОС представлена в виде показателей состояния ОУ – параметров управления. Стрелку от СУ к ОУ будем называть каналом управления и она олицетворяет УВ, прикладываемое к ОУ. Для ряда управляемых систем канал управления может по своей сути являться каналом связи, который будем причислять к прямым каналам. Например передача команды по телефону, рации, со связным и т.п. Такой способ организации управления подразумевает наличие в ОУ исполнительного устройства с функцией реализации управляющего воздействия – в виде материализованного управляющего воздействия, полученного по каналу связи СУ с ОУ.

Структурная диаграмма демонстрирует управление по принципу обратной связи, при котором выбор управляющего воздействия осуществляется исходя из информации о текущем состоянии ОУ относительно цели. В этом случае процесс управления может быть описан как процесс, состоящий из шагов: 1)Получение информации о состоянии ОУ; 2)Анализ состояния ОУ относительно цели; 3)Выбор управляющего воздействия из списка допустимых управляющих воздействий; 4)Применение управляющего воздействия к объекту управления. И в целом процессе управления можно мыслить как циклический процесс, состоящий из реализации этих шагов. Совокупность этих шагов будем называть командным циклом, а его длительность будем называть быстродействием системы управления. Быстродействие системы управления является важнейшей характеристикой системы управления. Для управления по принципу обратной связи характерно наличие так называемого замкнутого контура управления – движение информации с соответствующей трансформацией и изменениями материального носителя от ОУ к СУ и обратно. Этот контур управления изображен на диаграмме в виде кружка со стрелками и помечен «_*». Для других принципов управления такого замкнутого контура нет!

Принцип управления методом проб и ошибок подразумевает управление при полном или частичном незнании поведения ОУ при оказании на него управляющего воздействия. – «Нажми на эту клавишу компьютера и посмотри, что будет дальше». Такой способ управления реализуется СУ, если он например «не обучен» управляющим воздействиям или не представляет закона эволюции ОУ, не знает режим функционирования ОУ, неправильно заданы цели управления. Иногда этот способ управления приводит к печальным или трагическим последствиям.

Принцип программного управления подразумевает выдачу управляющих воздействий по заранее заданной программе. В этом случае СУ будем называть задатчиком программного управления – ЗПУ. Структурная диаграмма в данном случае упрощается до следующей:

Программный принцип управления широко используется при управлении движением транспортных средств в авиации и морском флоте в виде «управления с помощью автопилота». Но при создании программы управления невозможно учесть воздействие ОС на ОУ, если оно характеризуется большой степенью случайности.

Если в нашем распоряжении имеется модель ОУ, адекватно описывающей поведение ОУ при воздействии со стороны ОС и реакции на УВ, то возможно управление при наличии модели.

Структурная схема управляемой системы в этом случае примет вид:

Подобный принцип управления характерен для ряда непрерывных производств (химических, и т.д.) или для управления социосистемами, где в качестве модели выделяется группа лиц и только их состояние

отслеживается для организации управления (например, система рейтингов на телевидении, социологические опросы населения). Следует отметить, что только при управлении по принципу обратной связи, реализуется замкнутый контур управления. В программном управлении и управлении при наличии модели ОУ замкнутого контура нет и необходимы периодические коррекции состояния ОУ по принципу обратной связи.

Перечень задач, решаемых в теории управления. Это прежде всего задача анализа существующей управляемой системы. Необходимость анализа определяется потребностями улучшения качества и эффективности создаваемых систем управления. Следующий вопрос, интересующий управленцев, это вопрос создания систем управления с заданными свойствами – задача синтеза системы управления. Качество и эффективность системы управления для конкретного ОУ можно оценивать с точки зрения затрат ресурсов для достижения цели. Под затратами ресурсов можно понимать как материальные затраты (прямые, косвенные, общие), так и затраты времени. В связи с этим возникает задача определения оптимального управления, т.е. такого управления, которое по тем или иным показателям приводит к минимальным затратам или в целом к максимальной прибыли. Наличие проблемы оптимального управления в ТУ приводит к необходимости использования математического (формального) аппарата для решения этого круга вопросов. Для того, чтобы решить вопрос о степени эффективности, необходимо научиться решать задачу диагностики системы управления: выяснения характеристик и свойств управляющей компоненты управляемой системы.

В контексте изучения управления мы будем выделять следующие задачи:

1. Задача целеполагания (или целеуказания) Решение задачи заключается в формулировке цели, или указания цели, если их много! Имеет смысл и обратная задача – для заданной цели сформулировать требования к ОУ, с помощью которого эту цель можно достичь. Возможна также постановка задачи о корректировке цели в процессе реализации управления.

2. Задача описания состояния объекта управления. Решение этой задачи необходимо для корректного решения задачи целеполагания. Действительно, мы полагаем цель точкой фазового множества ОУ или, по крайней мере. предельной точкой этого множества. Иначе цель следует признать призрачной (несбыточной!). Если ОУ – динамическая система, то имеет место наличие совокупности показателей, описывающих состояние ОУ – фазового вектора, а также уравнения движения, решая которое, получаем необходимый закон эволюции ОУ. Наличие известного закона эволюции ОУ позволяет резко упростить решение и следующей задачи, необходимой для управления ОУ.

3. Задача наблюдения за состоянием ОУ (мониторинг ОУ, слежение за ОУ). Предполагая наличие у ОУ соответствующего состояния и изменения этого состояния со временем – поведения, требуется организовать получение информации о его поведении при реализации управляющих воздействий и воздействий со стороны ОС. В связи с этим мы потребуем выполнения условия причинности – состояние ОУ не должно зависеть от будущих значений УВ и будущего воздействия со стороны ОС. Это условие – естественное ограничение со стороны законов природы. Однако ничто не мешает состоянию ОУ зависеть от прошлых значений УВ и воздействия со стороны ОС. Эта зависимость называется запаздыванием. Для реализации задачи мониторинга ОУ требуется знание о временных масштабах процессов, происходящих в ОУ. Эта информация необходима для установления периодичности наблюдения за ОУ. Иногда мы обладаем информацией о состоянии ОУ лишь в некоторые моменты времени или имеем неполную информацию. В этом случае принято говорить о частичной наблюдаемости ОУ, в отличие от полной. Например, рассматривая Университет как ОУ с точки зрения обучения студентов, убеждаемся, что он обладает частичной наблюдаемостью – лишь после проведения экзаменационных сессий. В течение семестра учебная часть, как элемент СУ, может судить об успеваемости студентов косвенным образом, отслеживая (наблюдая) текущую посещаемость занятий.

4. Задача наблюдения за состоянием ОС. Если ОУ подвержен существенному воздействию со стороны ОС, которое влияет на процесс достижения цели, то необходимо наблюдение за этим состоянием ОС ,на предмет выявления воздействия ОС на ОУ.

5. Задача выработки управляющего воздействия. При решении этой задачи СУ должен выработать или суметь выбрать из списка УВ, такие, применение которых «сближает» ОУ с целью. Значит нужно сформулировать некоторое правило, по которому СУ должно выбирать УВ. Это правило будем далее называть алгоритмом управления. По большому счету, конструирование этого алгоритма и является основной целью ТУ. Если мы этот алгоритм управления переформулируем в виде описания некоторой последовательности действий, которые могут быть реализованы с помощью Задатчика Программного Управления, то мы получаем управление по программному принципу.

6. Задача исполнения управляющих воздействий. После выработки УВ встает задача его реализации, т.е. применения его к ОУ. Для решения этой задачи в состав ОУ включается исполнительное устройство ИУ. Примером ИУ является рулевое, тормозное устройство, устройство управления карбюратором и т.д. Подобные исполнительные устройства присутствуют и в организациях, например, канцелярия, занимающаяся, в том числе и тем, что она рассылает приказы и распоряжения лицам, кому они предназначены. Невыполнение подобных управляющих директив руководства наказывается соответствующими карами: выговорами, штрафами, понижением в должности и т.п.

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!