Билет 7. 1) Информационная сущность управления. Примеры управляемых систем и процессов.

Структурная диаграмма, изображающая управляемую систему: 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. Вообще говоря, 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. Нас будут интересовать базовые принципы управления, реализованные в тех или иных управляемых системах. В частности, 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. 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!

Билет 7. 2) Синтез оптимального программного управления в задаче управления движением материальной точкой. Рассмотрим управление движением материальной точки по прямой линии. Это может служить простейшей моделью движения автомобиля по прямой дороге. Под "заданным состоянием" будем понимать начало координат фазового пространства, в нашем простом случае фазовое пространство характеризуется двумя цифрами. Уравнение движения материальной точки может быть записано с помощью второго закона Ньютона в виде: (1) где m- масса материальной точки, f - результирующая сил, действующих на точку. Эта результирующая, вообще говоря, может зависеть от положения точки x и её скорости dx/dt. Чтобы корректно сформулировать математическую задачу для дифференциального уравнения (1) надо добавить начальные данныеx(0)=₀, dx/dt(0)=₁ (2), задающие положение и скорость точки в начальный момент времени. Такая задача в математике называется задачей Коши. Задачей теории управления в данной ситуации служит выбор силового воздействия, такого, что под действием этого воздействия, точка из начального положения ( ₀,  ₁) за некоторое время T попадет в заданное состояние, а именно – начало координат. В этом случае возможны различные постановки, связанные с управлением. Например, подобрать f так, чтобы переход в начало координат осуществлялся за минимальное время. Подобная задача в теории управления носит название задачи о быстродействии. Мы можем рассмотреть например задачу о максимуме пути, пройденном точкой за заданное время

Таким образом, мы определили допустимое управление, решающее задачу достижения точкой начала координат. Это управление заключается в следующем: в зависимости от знака величины ₀ + ₁ ₁/2 возможны четыре варианта выбора управляющего воздействия: два варианта без переключения (управление постоянно), либо два варианта с одним переключением (управление кусочно постоянно). Возможен и другой способ управления движением материальной точкой. Для этого способа характерно вычисление временных характеристик t_A или t_В, времен движения от точек А или В до начала координат к заданию управляющего воздействия в соответствии с временными рамками. Например, если материальная точка занимает начальное положение т. О₁ , то управление, с помощью которого можно достичь начала координат, может быть определено как: U(t) = при 0<t t_A = –₁+ , –1, при t_A<t –₁+2 . Или если материальная точка занимает начальное положение О₂: U(t) = при 0<t t_В= ₁+ , +1, при t_В<t ₁+2 . Если начальное положение и скорость точки находятся на кривой LL', то ₀= ₁ ₁/2, тогда U= – sign ₁, 0<t  ₁.Далее такой способ формирования управляющих воздействий будем называть "Автопилотом" или "программным способом". Как управление с помощью принципа управления обратной связи, так и программный способ можно просто реализовать с помощью управляющего алгоритма, выполняемого на компьютере в виде программы при наличии соответствующей информации. Для принципа обратной связи необходимо знание (x(t), V(t)), а для автопилота начальное положение материальной точки (₀, ₁).

Билет 7. 3) Управление и менеджмент. Понятие о вертикали управления. Под организацией будем понимать коллектив людей (больше одного) деятельность которых направлена на достижение общих целей. Всю совокупность людей, составляющих штата организации, можно разбить на группу лиц, явно участвующих и явно неучаствующих в основном процессе деятельности. В свою очередь последнюю группу можно разделить на людей, участвующих в процессе управления основным процессом, и людей, обслуживающих основной процесс деятельности. В соответствии в этим, в любой организации будем выделять горизонтальную компоненту, связанную с основным процессом деятельности, и вертикальную компоненту, связанную с управлением и организацией основного процесса деятельности. Иногда, в связи с такой структуризацией организации, говорят о связях по горизонтали и связях по вертикали (управлению). 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 8. 1) Сложность и управление. Энтропия и информация. При изучении свойств управляемых систем нужно обратить внимание на следующее обстоятельство – для управления необходимо в той или иной мере знать состояние ОУ. Это знание реализуется путем получения информации о состоянии ОУ. Сам процесс получения информации тесно связан с понятием «связь»: отношением взаимной зависимости, обусловленности ,общности между чем-нибудь. В нашем случае это связь ОУ и СУ. Под связью будем также понимать взаимодействие между элементами системы: изменение состояния элементов при изменении состояния элементов, находящихся с ними в связи. Нас будет интересовать связь по информации. Основной проблемой связи считается «точное или приблизительное воспроизведение в одной точке сообщения, переданного из другой точки». Проблемы связи изучаются в теории информации, теории кодирования, теории управления. В теории управления изучаются вопросы фильтрации сигналов – выделения полученного сигнала из сигнала, подверженного воздействию помехи в канале связи.

В теории информации мерой разнообразия состояния объекта служит «энтропия». Это понятие связано с мерой количества информации. Если состояние объекта характеризуется одним показателем y, принимающим значения y₁, y₂,…, y_n, то сообщение Y о том, что объект находится в одном из этих состояний, будет содержать количество информации, равное его энтропии: , где p(y_i) – вероятность того, что объект может находиться в состоянии (y_i), при этом очевидно . Вообще говоря, основание логарифма выбирается из соображений удобства. Если основание логарифма, как в нашем случае, равно 2, то энтропия объекта измеряется в битах, если основание равно 10, то в «хартли», а если равно основанию натурального логарифма, то в «натах». Есть ещё одна единица информации – “дит”. Если состояние объекта характеризуется m-показателями, то – формула Шеннона-Хартли. Энтропия является мерой, описывающей неопределенность в состоянии объекта. Если объект находится в состоянии, которое нам известно, то его энтропия тождественно равна нулю. Рассмотрим теперь в качестве объекта изучения элемент управляемой системы – объект управления (ОУ). Если ОУ под действием управляющего воздействия достиг желаемого состояния, то его энтропия равна нулю H(Y)=0. Иными словами, в системе управления под действием управляющих воздействий неопределенность относительно состояний ОУ должна уменьшаться, так как в конечном счете ОУ должен занять определенное желаемое состояние с вероятностью, равной 1. С получением сведений об ОУ неопределенность его состояния для системы управления уменьшается.

Количество информации в сведениях, уточняющих знание о состоянии ОУ определяют как разность энтропии до и после сообщения Y’: I(Y, Y’) = H(Y) - H(Y/Y’), где H(Y/Y’) – энтропия ОУ после сообщения Y’. Если полученное сообщение Y’ характеризует состояние ОУ полностью, т.е. снимает всю неопределенность, то H(Y/Y’)=0. здесь идет речь о информации как о физической величине. В теории информации устанавливаются следующие свойства информации: 1)неотрицательность I(А, В) ≥ 0; 2)симметричность – количество взаимной информации I(А, В), которое содержит принятое сообщение равное количеству информации I(В, А), которое содержит посланное сообщение о принятом: I(А, В) = I(В, А)

Билет 8. 2) Синтез оптимального управления по принципу обратной связи в задаче управления движением материальной точкой. Рассмотрим управление движением материальной точки по прямой линии. Это может служить простейшей моделью движения автомобиля по прямой дороге. Под "заданным состоянием" будем понимать начало координат фазового пространства, в нашем простом случае фазовое пространство характеризуется двумя цифрами. Уравнение движения материальной точки может быть записано с помощью второго закона Ньютона в виде: (1) где m- масса материальной точки, f - результирующая сил, действующих на точку. Эта результирующая, вообще говоря, может зависеть от положения точки x и её скорости dx/dt. Чтобы корректно сформулировать математическую задачу для дифференциального уравнения (1) надо добавить начальные данныеx(0)=₀, dx/dt(0)=₁ (2), задающие положение и скорость точки в начальный момент времени. Такая задача в математике называется задачей Коши. Задачей теории управления в данной ситуации служит выбор силового воздействия, такого, что под действием этого воздействия, точка из начального положения ( ₀,  ₁) за некоторое время T попадет в заданное состояние, а именно – начало координат. В этом случае возможны различные постановки, связанные с управлением. Например, подобрать f так, чтобы переход в начало координат осуществлялся за минимальное время. Подобная задача в теории управления носит название задачи о быстродействии.

Таким образом, мы определили допустимое управление, решающее задачу достижения точкой начала координат. Это управление заключается в следующем: в зависимости от знака величины ₀ + ₁ ₁/2 возможны четыре варианта выбора управляющего воздействия: два варианта без переключения (управление постоянно), либо два варианта с одним переключением (управление кусочно постоянно).

Билет 8. 3) Что такое “основной производственный процесс”? При изучении производственных систем в курсе "Моделирование систем", мы выделяли в них основной производственный процесс. Под объектом управления в организации будем понимать именно его, даже если такой процесс не носит явного характер производства. Например, если под организацией рассматривается муниципальное бюро технической инвентаризации (БТИ), то под основным производственным процессом следует понимать процесс учета и регистрации прав собственности на земельные участки и недвижимость, обслуживание запросов, предоставление услуг (сервисов населению). Если это архив, то "основной производственный процесс" тоже не носит явного производственного характера. Более того, в ряде организации имеет место множественность основных производственных процессов, которые могут быть выявлены при изучении функционирования организации, естественно, зависят от точки зрения исследования. Всю совокупность людей, составляющих штата организации, можно разбить на группу лиц, явно участвующих и явно неучаствующих в основном процессе деятельности. В свою очередь последнюю группу можно разделить на людей, участвующих в процессе управления основным процессом, и людей, обслуживающих основной процесс деятельности. В соответствии в этим, в любой организации будем выделять горизонтальную компоненту, связанную с основным процессом деятельности, и вертикальную компоненту, связанную с управлением и организацией основного процесса деятельности. Иногда, в связи с такой структуризацией организации, говорят о связях по горизонтали и связях по вертикали (управлению).

Билет 9. 1) Принцип необходимого разнообразия Эшби. Энтропия и информация. В теории информации мерой разнообразия состояния объекта служит «энтропия». Это понятие связано с мерой количества информации. Если состояние объекта характеризуется одним показателем y, принимающим значения y₁, y₂,…, y_n, то сообщение Y о том, что объект находится в одном из этих состояний, будет содержать количество информации, равное его энтропии: , где p(y_i) – вероятность того, что объект может находиться в состоянии (y_i), при этом очевидно . Вообще говоря, основание логарифма выбирается из соображений удобства. Если основание логарифма, как в нашем случае, равно 2, то энтропия объекта измеряется в битах, если основание равно 10, то в «хартли», а если равно основанию натурального логарифма, то в «натах». Правда в учебнике информатики Макаровой приводится ещё одна единица информации – “дит”. Если состояние объекта характеризуется m-показателями, то – это известная формула Шеннона-Хартли. Энтропия является мерой, описывающей неопределенность в состоянии объекта. Если объект находится в состоянии, которое нам известно, то его энтропия тождественно равна нулю. Рассмотрим теперь в качестве объекта изучения элемент управляемой системы – объект управления (ОУ). Если ОУ под действием управляющего воздействия достиг желаемого состояния, то его энтропия равна нулю H(Y)=0. Иными словами, в системе управления под действием управляющих воздействий неопределенность относительно состояний ОУ должна уменьшаться, так как в конечном счете ОУ должен занять определенное желаемое состояние с вероятностью, равной 1. С получением сведений об ОУ неопределенность его состояния для системы управления уменьшается. Количество информации в сведениях, уточняющих знание о состоянии ОУ определяют как разность энтропии до и после сообщения Y’: I(Y, Y’) = H(Y) - H(Y/Y’), где H(Y/Y’) – энтропия ОУ после сообщения Y’. Если полученное сообщение Y’ характеризует состояние ОУ полностью, т.е. снимает всю неопределенность, то H(Y/Y’)=0. здесь идет речь о информации как о физической величине. В теории информации устанавливаются следующие свойства информации: 1)неотрицательность I(А, В) ≥ 0, 2)симметричность – количество взаимной информации I(А, В), которое содержит принятое сообщение равное количеству информации I(В, А), которое содержит посланное сообщение о принятом: I(А, В) = I(В, А). Принцип необходимого разнообразия Эшби. Рассмотрим управляемую систему, в которой ОУ находится в состоянии Y, а СУ в состоянии Х. Тогда: I(Х, Y) = H(Х) - H(Х/Y), где H(Х) – энтропия системы управления, а H(Х/Y) – энтропия СУ после управляющего воздействия на объект управления, находящийся в состоянии Y. В силу симметричности информации предыдущего можно переписать в виде: I(Х, Y) = I (Y, Х) = H(Y) - H(Y/Х) при наличии идеальных каналов связи. Тогда: H(Х) - H(Х/Y) = H(Y) - H(Y/Х). Поэтому:H(Y/Х) = H(Y) - H(Х) + H(Х/Y). Энтропия ОУ при получении им управляющего воздействия Х со стороны СУ должна стремиться к нулю H(Y/Х)→0 и энтропия СУ тоже должна стремиться к нулю H(Х/Y)→0. Отсюда вытекает, что энтропии СУ и ОУ должны в идеальном случае совпадать! Таким образом, разнообразие ОУ и его соответствующего СУ должны находиться в определенном соотношении. Эта связь была обнаружена кибернетиком У.Россом Эшби и формулируется так: «Разнообразие управляющей системы должно быть не меньше разнообразия управляемого объекта». Согласно этому принципу при увеличении сложности ОУ должна увеличиваться и сложность СУ. Этот принцип называется принципом необходимого разнообразия, и из него следует, что «нужно стремиться к тому, чтобы на каждое возможное состояние управляемого объекта имелось свое управляющее воздействие». Ссылаясь на принцип Эшби, связисты утверждают, что производительность физического устройства как регулятора, не превышает его производительности как канала связи. Ведь устройство управления можно рассматривать как своеобразный канал связи выхода ОУ с его входом, если управление осуществляется по принципу обратной связи!

Б илет 9. 2) Ситуационное управление. Логико-лингвистические модели в управлении. В конце 70-х – начале 80-х годов прошлого века управленцами было осознано, что в теории управления есть ряд задач, для решения которых классические методы управления малоэффективны. В сферу автоматизации управленческих процессов вовлекаются объекты сложной структуры, для которых: а)Не все цели управления могут быть представлены в количественном виде; б)Между параметрами управления не удалось установить точных количественных зависимостей; в)В многошаговых процессах управления содержание каждого шага не может быть заранее однозначно определено; г)Существующие способы описания объектов и протекающих в них процессов приводят к столь громоздким конструкциям, что исключает их практическое использование. Если под объектом управления фигурируют социальные или экономические объекты, процессы, то: 1)Цель существования объекта не может быть строго формализована; 2)В результате эволюции меняется структура и функции самого объекта, что должно отражаться и на эволюции процесса управления; 3)Элементы, входящие в структуру ОУ, могут иметь активную природу: их поведение может противоречить целям управления. При учете этих причин пришлось отказаться от классических методов теории управления и обратиться к таким моделям, в которых решающее значение имеют описания действий в виде текстов на естественном языке, в которых зафиксирован опыт человека-оператора. Под логико-лингвистической моделью (ЛЛМ) управления будем понимать модель управления сложным объектом, в которой используется семантическая (смысловая, качественная) информация. В нашем случае речь идет о модели алгоритма управления, а не о модели ОУ! Такое управление принято называть ситуационным. Многие задачи управления сложными объектами без труда решаются человеком, но в силу разных обстоятельств: 1)Опасность для человека выполнения тех или иных функций, нахождение человека в опасном месте; 2)Недостаточная надежность или быстродействие их выполнения человеком. требуют автоматизации. В этом случае опыт человека-оператора может быть зафиксирован в виде текста на естественном языке. Этот опыт человека и требуется использовать в системе управления. Зачастую этот опыт не может быть реализован в виде алгоритма управления субъекта управления из-за того, что состояние объекта управления характеризуется столь большим числом параметров и может зависеть от столь большого количества ситуаций, что невозможно заранее определить содержание каждого шага управления. Именно в таких случаях вместо алгоритма, предписывающего на каждом шаге его реализации некоторое однозначное решение, можно использовать совокупность указаний, представленных в виде некоторого исчисления. Под исчислением понимают или составную часть некоторых разделов математики, определяющих правила вычислений и оперирования с объектами того или иного типа (дифференциальное, интегральное, вариационное) или дедуктивную систему. Дедуктивной системой называется способ задания множества путем указания: а)исходных элементов (аксиом исчисления): б)правил вывода, описывающих, как строить новые элементы из исходных. Языком этого исчисления выбирается язык, называемый языком предоставления знаний, в качестве аксиом исчисления используется описание объекта управления, среды, начальных условий объекта управления.Существенное отличие семиотической (знаковой или ЛЛМ системы управления от традиционной) – 2 момента: 1)Наличие модели знаний, использующей декларативное представлений знаний, в отличие от процедурного способа предоставления знаний в виде алгоритма управления для традиционной СУ. Модель знаний отделена от блока F, что удобно, так как заменить информацию в М гораздо легче, чем написать новые процедуры для блока F. 2)Наличие интерпретатора 1 – этот блок, отражающий изменение блока М, содержимое которого меняется в процессе функционирования объекта управления: обновляется, уточняется и наполняется. Первым случаем применения ЛЛМ в управлении принято считать концепцию ситуационного упрвления. В основе этой концепции лежит гипотеза о том, что: вся необходимая информация об управлении объектом, которым до создания системы управления плохо или не очень управляли люди, может быть получена из непосредственного наблюдения за их работой или из их словесных объяснений. Если считать, что поведение людей в процессе управления можно описать на некотором естественном языке, модель управления объектом может быть получена на основании специальной обработки текстов, в которых описан достаточно большой опыт управленцев (наверное, по этой причине для будущего управленца важно читать автобиографические повести известных знаменитых менеджеров!). Основная задача, решаемая при построении алгоритма управления модели управления формулируется так: Пусть l – число управляющих воздействий СУ, будем считать, что – это множество управляющих воздействий. Задача управления будет решена, если множество ситуаций может быть разбито на l классов, при котором любая ситуация будет отнесена к какому-то определенному классу K_i, которому однозначно соответствует некоторое решение P_i. И это разбиение обладает свойством полезности с точки зрения цели управления. Однако в некоторой конкретной ситуации S(t) может оказаться, что нельзя указать единственное решение P_i, наиболее полезное в данной ситуации. Таких решений может быть несколько, и разные специалисты по управлению данных ОУ будут предлагать разные из этих решений. Это соображение (на практике почти всегда имеющее место!) приводит нас к постановке задачи не разбиения на классы, а к постановке задачи о нахождении покрытия множества ситуаций совокупностью классов K_i. В этом случае допускается такое положение, при котором некоторым ситуациям S(t) будут соответствовать несколько управленческих решений P_i из разных классов-покрытий K_i. Требуется только, чтобы любая конкретная ситуация S(t) принадлежала хотя бы одному классу K_i. Суть ситуационного управления состоит в построении метода, позволяющего на основании описания ситуации S(t) на естественном языке строить систему обобщенных описаний классов K_i.

Билет 9. 3) Принципы А. Файоля. Анри Файоль сформулировал 14 принципов управления в организациях, с которыми целесообразно познакомиться: 1)Разделение труда – концентрация внимания работника на минимальное число целей ведет к увеличению объемов выпуска продукта и улучшению качества работы; 2)Полномочия и ответственность – право отдавать приказы, чем-то распоряжаться и нести ответственность за результаты этой деятельности; 3)Дисциплина – делать то, что тебе приказано; 4)Единоначалие – у подчиненного один начальник. Если тобой пытается руководить другой, то он обязан это делать через твоего непосредственного начальника. 5)Единство управления – одна цель, один план, один начальник; 6)Подчиненность личных интересов общим – интересы организации прежде всего; 7)Вознаграждение персонала – справедливая плата за работу – залог верности работника; 8)Централизация – концентрация полномочий и обязанностей, соотнесенная с выполняемой работой; 9)Скалярная цепь – иерархический ряд должностей снизу-вверх; 10)Порядок – всему свое место, все на своем месте; 11)Справедливость – добросердечие плюс беспристрастность; 12)Стабильность рабочего места для персонала – интересна интерпретация этого принципа А.Файолем: «посредственность, дорожащая местом, предпочтительнее таланта, знающего себе цену!». Современная формулировка – «команда бьет класс!». В настоящее время принцип подвергается критике и пересмотру; 13)Инициатива – активная позиция работника при планировании и реализации этого плана; 14)Корпоративный дух – слаженность и взаимоподдержка в работе персонала.