Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении

Подождите немного. Документ загружается.

Основы управления 211

4.2.1.

СОДЕРЖАТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

ФУНКЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ

Управление в организационно-технических системах можно

представить как последовательность функций, составляющих тех-

нологический цикл управления.

Под

функцией управления

понимают устойчивую упорядочен-

ную совокупность операций, основанную на разделении труда в

управляющей системе.

Основоположником функционального подхода в управлении

считается А. Файоль. Он вьщелил пять функций управления: пред-

видение, организация, распорядительская деятельность, коорди-

нация (согласование) и контроль. Одновременно А. Файоль раз-

делил все функции на шесть групп: производство, финансы, ох-

рана, учет, администрирование, техника безопасности. В настоя-

щее время к основным функциям управления относят:

• сбор данных;

• формирование сообщения;

• передачу данных по каналам связи;

• учет;

• контроль;

• анализ;

• прогнозирование;

• планирование;

• оперативное управление;

• организацию и координацию;

• доведение решений.

Для учета человеческого фактора в отдельную группу вьще-

ляют функции

стимулирование

и мотивация.

Рассмотрим определения и взаимосвязь основных функций в

форме функциональной модели цикла управления (рис. 4.2).

Сбор данных - функция измерения характеристик

y^,

выпол-

няемая в объекте управления вручную или автоматически. Мо-

дели процессов измерения изучаются в метрологии.

Формирование сообщения

(запроса) - преобразование инфор-

мации к виду, пригодному для передачи по каналам связи в уп-

212

Глава

Сбор

данных

Формирова-

ние

сообщения

Передача

сообщения

Д'/Доп

Организация

координация

Контроль

У1>У1дрп

Анализ

Прогаозиро-

ваниеи

планирование

Wlf

1М!

yi^yi

ДСП

Оперативное

управление

Доведение

решений

Рис.

4.2. Функциональная модель цикла управления

Основы управления 213

равляющую систему и/или обработки в автоматизированном ре-

жиме. Модели функций формирования сообщений рассматрива-

ются в теории информации, теории баз данных.

Передача данных по каналам связи - осуществляется разными

способами, в том числе с использованием средств автоматиза-

ции. Главными требованиями к передаче данных являются: сво-

евременность, достоверность и безопасность обмена информа-

цией. Модели функций передачи данных рассматриваются в тео-

рии информации.

Учет

- система функций, обеспечивающих хранение инфор-

мации. Включает ввод-вывод, регистрацию, преобразование

формы, поиск, отображение, тиражирование, классификацию,

статистическую обработку, выборку, получение агрегирован-

ных данных, обеспечение конфиденциальности и целостности

информации. Модели функций учета изучаются в теории баз

данных.

Контроль - система функций, обеспечивающих определение

состояния ОУ (измерение, сбор, уточнение данных об объекте

управления) и оценку степени отклонения текущего состояния от

требуемого по заданным критериям эффективности (оценку со-

ответствия состояния системы требуемому).

С английского языка control переводится как управление и

часто термин «контроль» используется вместо термина «управ-

ление». Это объясняется тем, что все функции управления вклю-

чают элементы контроля. Мы будем вьщелять эту функцию, так

как для ее автоматизации требуется формальная постановка за-

дач

наблюдения,

классификации

идентификации

состояния ОУ.

В зависимости от объекта контроля в эту функцию включа-

ют, например, измерение и оценку достоверности, точности, объе-

ма, своевременности представления данных, прохождения и ис-

полнения документов; рещение задач информационной безопас-

ности.

Различают три вида контроля: предварительный, текущий и

заключительный.

Предварительный контроль проводится до начала цикла уп-

равления для оценки ресурсов ОУ и внешних воздействий.

Текущий, или оперативный, контроль осуществляется на про-

должении всего цикла управления в целях обнаружения отклоне-

ний от требуемого состояния.

214 Глава 4

Заключительный контроль предназначен для оценки степени

достижения цели в конце цикла управления.

Функция анализа в общем случае зависит от его цели. Мы бу-

дем понимать под этой функцией средство, обеспечивающее

объяснение причин отклонений состояния системы от требуемо-

го и обоснование решения на переход к оперативному управле-

нию или планированию. Например, пусть объект управления ха-

рактеризуется параметром у., который изменяется в пределах Д^,.

Если в результате анализа выяснено, что Д>',.< Дд',д^^, где Д>',доп -

допустимое отклонение, то в цикле управления осуществляется

переход к оперативному управлению. Если Д^,>

АД',доп>

то осуще-

ствляется переход к функции планирования. Анализ часто в от-

дельную функцию не выделяется, а рассматривается совместно с

контролем как составная часть других функций управления.

Функция

прогнозирования

- это средство снятия неопределен-

ности относительно возможной структуры, свойств или закона

функционирования системы в будущем. Типичными целями про-

гнозирования могут служить:

• замедление процесса «старения» принимаемых рещений и

предупреждение неблагоприятных ситуаций, в которых может

оказаться организационно-техническая система. Решение по уп-

равлению, основанное на правильном прогнозе, не потребуется

изменять в ближайшем будущем, т.е. один вопрос не потребуется

решать дважды;

• повышение производительности системы с управлением,

адаптация к изменяющимся условиям (предсказание ветвлений в

суперскалярных микропроцессорах ЭВМ, предсказание будущих

значений сигнала в системах связи).

Во всех случаях прогноз - это научно обоснованное суждение

о возможных состояниях системы в будущем и/или об альтерна-

тивных путях и сроках достижения целевого состояния.

Прогноз позволяет получить совокупность возможных вари-

антов развития системы. Однако реализованные варианты зави-

сят не от прогноза, а всегда определяются конкретными решени-

ями, принимаемыми в системе управления, и имеющимися ресур-

сами. Так, оптимистический прогноз может не состояться, если

ЛПР не предпринимает мер по его реализации. В свою очередь,

правильные решения могут смягчить последствия пессимистиче-

ского прогноза.

Основы управления 215

Прогнозы могут быть разделены на группы по периодам уп-

реждения и по методам прогнозирования.

По периодам упреждения - промежутку времени, на который

рассчитан прогноз, различают оперативные (текущие), кратко-,

средне- и долгосрочные прогнозы. Оперативный прогноз, как

правило, рассчитан на период времени, в течение которого объект

управления существенно не изменяется, краткосрочный - на пер-

спективу количественных изменений. Среднесрочный прогноз

охватывает период времени, когда количественные изменения

преобладают над качественными, долгосрочный - перспективу

качественных изменений системы.

Функция планирования состоит в последовательном снятии

неопределенности относительно требуемой структуры, свойств,

закона функционирования системы или внешней среды. Включа-

ет задачу принятия решений по целеполаганию (ЗПР^) и задачу

принятия решения по действиям (ЗПР^) - совокупность проце-

дур по определению требуемого (целевого, оптимального) состо-

яния системы и действий по достижению этого состояния, объе-

диненных в единый процесс. Осуществляется при изменении ус-

ловий функционирования ОУ: целей планирования, воздействий

внешней среды, препятствующих оперативному управлению,

и др.

терминологии менеджмента ЗПР^ называют

стратегическим

или

перспективным

планированием, а ЗПРд - тактическим или

текущим планированием.

На стадии стратегического планирования рассматривается

необходимость и возможность изменения структуры, свойств или

закона функционирования системы.

Тактическое

планирование заключается в принятии решения

по выбору траектории перевода системы в новое состояние. При

этом определяются действия ОУ, порядок использования ресур-

сов,

решается задача оптимизации с учетом предполагаемых воз-

действий внешней среды. Детально прорабатываются средства и

способы достижения целей, использования ресурсов, необходи-

мые процедуры и технология. Характеристики системы считаются

заданными и учитываются как ограничения.

Точную границу между стратегическим и тактическим пла-

нированием провести трудно. Обычно стратегическое планиро-

вание охватывает в несколько раз больший промежуток време-

216 Глава 4

ни,

чем тактическое; оно имеет гораздо более отдаленные послед-

ствия, шире влияет на функционирование управляемой системы

в целом и использует более мощные ресурсы.

Оперативное

управление обеспечивает функционирование си-

стемы в рамках действующего плана. Заключается в решении за-

дач стабилизации, слежения или выполнения программы управ-

ления. Иногда в эту функцию включают задачу оптимизации.

Планирование и оперативное управление являются задачами со-

держательной обработки информации.

Математические модели функций содержательной обработ-

ки информации разрабатываются с использованием теории при-

нятия решений. Решения, принятые при планировании или опе-

ративном управлении, учитываются в блоке учета и доводятся

до объекта управления. После этого начинается новый цикл уп-

равления, в котором текущее состояние объекта управления срав-

нивается с требуемым, и в зависимости от величины отклонений

управляемых характеристик

д^y^

от допустимых отклонений Aj^^^^^j

осуществляется переход к оперативному управлению или плани-

рованию.

Функция

организации

заключается в установлении постоянных

и временных связей между всеми элементами системы, в опреде-

лении порядка и условий их функционирования, в объединении

компонентов и ресурсов системы таким образом, чтобы обеспе-

чить эффективное достижение намеченных целей.

Функция организации выполняет:

• группировку функциональных элементов и ресурсов в орга-

низационные структуры;

• распределение степени ответственности ЛПР в иерархии

подсистем управления.

Функция

координации

- это согласование действий подсистем

в соответствии с целями системы с управлением и поддержание

этого согласования на протяжении цикла управления. Наличие

нескольких ОУ и подсистем управления приводит к противоре-

чию между их частными целями. Это, в свою очередь, приводит к

разобщенности действий. Устранение этих противоречий - основ-

ная задача координации. Функцию координации иногда рассмат-

ривают совместно с организацией в рамках задач оперативного

управления или планирования.

Основы управления 217

Модели координации и организации разрабатываются в об-

щей теории систем, в теории принятия решений, на основе тео-

рии расписаний, в частности, с использованием методов сетево-

го планирования и управления.

4.2.2.

МОДЕЛЬ ОБЩЕЙ ЗАДАЧИ

ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Процесс принятия решений как функции преобразования со-

держания информации формализуется в терминах теории приня-

тия решений. Центральными понятиями в теории принятия ре-

шений являются:

П - универсальное множество вариантов, альтернатив, планов,

из которых осуществляется выбор;

X - предъявление, множество альтернатив, предъявленных для

выбора (Х с Q );

Y - множество выбранных альтернатив, в частности одна

(YeX);

С - принцип выбора (функция выбора), правило, по которому

осуществляется выбор наилучшей альтернативы, У = С(Х).

Функция выбора может задаваться поэлементно или в виде

графика какой-либо зависимости, или как целостное мно-

жество, удовлетворяющее некоторым условиям.

Часто в задачах принятия решений используют понятие ме-

ханизма выбора

М = <8, я >.

Здесь 8 - совокупность сведений, позволяющая сопоставлять

варианты или группы вариантов. Представляет собой структуру

на множестве альтернатив. Задается в виде бинарных отношений,

например, сходства, превосходства, несравнимости, отношений

предпочтения, графа и другими способами;

л - правило выбора. Это инструкция, указывающая, как, ис-

пользуя структуру 8, вьщелить из X подмножество У.

В зависимости от степени формализации введенных понятий

различают три типа задач принятия решений (табл. 4.1).

218

Глава 4

Таблица 4.1

Типы задач принятия решений

Тип задачи

принятия решений

Задача оптимального

выбора

Задача выбора

Общая задача принятия

решений

Однозначно определено

Может дополняться

Строго формализован

Не формализован

Задача оптимального выбора. Множество альтернатив {И}

однозначно определено и принцип выбора С строго формализо-

ван.

Для решения таких задач используются, например, аналити-

ческие методы, методы исследования операций, специальные ме-

тоды оптимального выбора. Примером задач данного вида яв-

ляются многокритериальные задачи оптимального управления.

Получаемые решения не зависят от субъективных мнений

ЛПР,

являются наилучшими из возможных для заданных усло-

вий, поэтому и называются оптимальными. Однако при измене-

нии условий решение становится неоптимальным. Это ограни-

чивает возможности приведения реальных задач к данному виду,

поскольку учесть все факторы, влияющие на решение, в рамках

данной задачи невозможно.

Так, первоначально при развитии ЭВМ прилагались значи-

тельные усилия для решения задач в экономике методами опти-

мизации. Однако более чем 30-летний опыт показал, что полу-

ченные результаты достаточно скромны. Эти методы, как прави-

ло,

используются в технических системах, например в системах

связи, реализующих оптимальный прием, оптимальное кодиро-

вание, оптимальное управление системой автоматической под-

стройки фазы, частоты сигналов.

Задача выбора. Множество альтернатив {Q} однозначно

определено, но принцип выбора С не может быть формализован.

В этом случае выбор зависит от того, кто и на какой основе его

делает. При решении таких задач обычно используются имита-

ционное моделирование, методы экспертных оценок, теория по-

Основы управления 219

лезности. Получаемые решения не могут считаться оптимальны-

ми.

Но они признаются рациональными.

Общая задача принятия решений (ОЗПР). Множество аль-

тернатив {Q} может дополняться и видоизменяться, а принцип

выбора С не формализован. В этом случае даже один и тот же

человек может изменять свое решение при обнаружении новой

альтернативы.

Такие задачи наиболее характерны для решения проблем в

сложных системах. При этом под общей задачей принятия реше-

ния понимают ситуацию, когда требуется вначале сформировать

множество альтернатив, затем из множества альтернативных ре-

шений выделить некоторое подмножество, в частном случае -

одну альтернативу. Выбор альтернатив производится на основе

представления ЛПР об их качестве, для чего требуется сформу-

лировать принцип выбора.

Формально модель ОЗПР можно представить в следующем

виде:

ОЗПР: <Г./з„/зых.^реш.^'С>'

где Т ~ цель принятия решения (например, выбор альтернативы или

упорядочение множества альтернатив);

/g^

- исходные данные для порождения альтернатив;

^вых ~ множество порожденных альтернатив,

I ^ - выбранная альтернатива;

Р - правило порождения альтернатив;

С - правило выбора наилучшей альтернативы.

Исходные данные для порождения альтернатив и множество

порожденных альтернатив для ОЗПР могут включать детерми-

нированную, вероятностную и неопределенную информацию.

Правила порождения

выбора альтернатив могут быть пред-

ставлены в форме аналитических, логических, эвристических ре-

шающих правил, в том числе как скалярные, векторные, состав-

ные критерии.

Графически структура ОЗПР представляется в виде последо-

вательности правил порождения и выбора альтернатив, обеспе-

чивающих преобразование исходных данных

решение

(рис.

4.3).

ОЗПР относятся к слабоструктурированным задачам. В на-

стоящее время для их решения интенсивно создаются методы об-

работки знаний (логико-лингвистического моделирования)

рам-

220

Глава

/.X

Д/«<)

-/вых

С(/вых)

/реш

Рис.

4.3.

Структура общей задачи принятия решений

ках новой научной дисциплины

инженерии знаний. Такие ме-

тоды обеспечивают преобразование данных

и вывод

допустимых

решений

как в

аналитической форме,

так и в

форме выражений

естественного языка. При этом используются все известные тео-

ретические модели представления:

Z^^,

1^^^^,

I ^

Р,

С,

также не-

формализуемый опыт специалистов-практиков.

4.2.3.

МОДЕЛЬ ФУНКЦИИ КОНТРОЛЯ

Задача контроля объекта управления включает решение трех

частных задач: задачи наблюдения, классификации

идентифи-

кации (распознавания образов).

Решение задачи наблюдения заключается

отыскании тако-

го отображения

g-':Y-^Z,

которое каждой наблюдаемой реализации выходных характери-

стик Y ставит

однозначное соответствие внутреннее состояние

ОУ Z. Это означает, что для контроля требуется обеспечить по-

тенциальную наблюдаемость внутренних состояний ОУ

по

вне-

шним признакам.

Решение задачи классификации состоит

отьюкании такого

отображения

if-.Y^E,

которое обеспечивает разбиение всего множества возможных

реализаций выходных характеристик

Y на

ограниченное число

классов Е, обладающих

теми или

иными общими свойствами (ви-

дов агрегированных состояний ОУ). Определенные заранее

та-