Принципы исследования систем управления

Принципы рассматриваются как исходные положения теории, руководящая идея, начальная фаза систематизации знаний, а также как содержательное обобщение, ос­нованное на анализе фактов, при этом факты в свою очередь служат постоянной проверкой правильности уже установленных принципов. В теории управления под принципом понимается и основное правило организации управления. Примером тому могут быть знаменитые принципы А. Файоля и Э. Деминга.

К ключевым принципам построения методологии и инструмента­рия исследования систем управления следует отнести четыре группы принципов (рисунок 2.1):

1) общесистемные принципы,выстраивающие логику построения конфигурации системы, а также логику отношений и связей между элементами системы и системы с внешней средой;

Рисунок 2.1 - Систематизация принципов исследования

систем управления

2) общие принципы исследования,служащие основами познаватель­ного процесса. К ним относятся объективность как адекватное отображение объекта исследования, воспроизводимость (повторение), доказательность (верификация) и точность;

3) принципы исследования систем,характеризующие систему как структурированный информационный фрагмент некоторой реально­сти, определяющий пространство ее познания;

4) принципы кибернетики,отражающие фундаментальные основы
изучения целенаправленного поведения системы, независимо от объек­та его приложения.

Основные общесистемные принципы — это целостность, струк­турность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, уп­равляемость, коммуникационность, единство анализа и синтеза, мно­жественность описания каждой системы.

Целостность — принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов, а именно:

1) свойство системы как целого не является суммой свойств эле­ментов;

2) свойство системы зависит от свойств и взаимовлияния элемен­тов в процессе функционирования системы;

3) элементы, объединенные в систему, могут терять ряд свойств,
присущих им вне системы;

4) свойство целостности связано с целью, для которой создается
система.

Структурность — возможность описания системы через установ­ление ее структуры посредством отображения совокупности элемен­тов и связей, действующих между ними. При этом поведение системы зависит не столько от поведения отдельных элементов, сколько от свойств ее структуры.

Взаимозависимость системы и среды — одно из условий существова­ния системы. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являясь при этом ведущим активным объек­том. Открытость системы, сращивание со средой наглядно проявляются в биологических, экологических, экономических, социальных, полити­ческих и других системах. И если не осуществлено конфигурирование системы, т.е. не выделена граница между средой и специальным образо­ванием, то понятие системы распространяется на всю среду.

Иерархичность — структурная организация сложных систем, состо­ящая в разбиении (декомпозиции) системы на страты (уровни) и упо­рядочении взаимоотношений (взаимодействия) — от высшего уровня к низшему. Иерархичность, или иерархическая упорядоченность, — один из первых принципов построения сложных систем, подразуме­вающий подготовку системы к целенаправленной деятельности, к уп­равлению.

В системах, наделенных иерархической структурой, происходит децентрализация управления. Подсистемы или элементы нижнего уровня получают в свое распоряжение право принятия решений и не­избежно приобретают цель и определенную автономность относитель­но друг друга. Разрастание иерархической структуры представляет со­бой небесконечный процесс и по той причине, что в системе назревают противоречия между частным и целым. Этим обусловливаются посто­янные проблемы установления оптимальной меры централизации и де­централизации и оптимального распределения функций и задач меж­ду иерархическими уровнями системы.

Управляемость — это способность системы для достижения постав­ленной цели направлять (планировать, организовывать, регулировать и контролировать) на основе познания и использования объективных закономерностей свое развитие, своевременно вскрывать противоре­чия и разрешать их, преодолевать негативные внутренние и внешние возмущения, осуществлять подготовку и принятие решений. В работе [60] отмечается, что управляемость системы по своей содержательнос­ти сходна с понятием достижимости: обе характеризуют возможность выполнения задачи управления — достижения цели.

Коммуникационность. Организационная система не изолирована от других систем, а связана множеством информационных каналов сосредой, представляющей собой сложное и неоднородное образование. При выделении объекта из среды идентифицируются его связи, им придается ориентированность, частота обмена «сигналами», сила их воз­действия и др. Получение и обработка информации о состоянии среды — сложная исследовательская задача. Коммуникация необходима и для осуществления связи между структурными единицами организации, чем достигается ее целостность как системы.

Единство анализа и синтеза — принцип, лежащий в основе процес­са познания любого объекта реальности; он подразумевает неразрыв­ность анализа и синтеза в процессе мыслительной деятельности. Ана­лиз формирует исходные знания для исследования и предполагает расчленение объекта, системы, явления на составные части, каждая из которых изучается отдельно. Синтез противоположен анализу, но не­разрывно связан с ним. Синтез — это соединение, интеграция различ­ных элементов, сторон предмета в единое целое, в систему.

Множественность описания каждой системы. В силу принципиаль­ной сложности каждой системы ее адекватное познание требует постро­ения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы.

Принципы исследования систем основываются на принципах об­щей теории систем. К ним относятся: структурирование, системность, идентификация, абстракция, формализация.

Структурирование представляет собой расчленение системы на «элементарные» (структурообразующие) единицы (элементы, объек­ты) и установление между ними отношений, подтверждающих целост­ность системы. Подходы к структурированию системы весьма разно­образны и определяются признаком, выбранным исследователем для группирования однородных и распознавания различающихся между собой объектов. В качестве признака могут быть использованы: вид функциональной деятельности, уровни и циклы управления, виды функ­ций и процессов управления и др. Полученная при этом некоторая структура отображает относительно устойчивый аспект системы и мо­жет рассматриваться как ее структурная модель.

Системность — это исследование объекта с двух взаимосвязанных позиций. Первая позиция заключается в том, что исследуемый объект рассматривается как система; вторая позиция определяет окружение системы как внешнюю среду, представляющую собой сложную систе­му. Между системой и внешней средой действуют двусторонние связи, наполненные сигналами. В основу принципа системности положены взаимозависимость системы и среды и единство анализа и синтеза. При исследовании внутренней среды организации системность проявляется в синтезе структурных и функциональных элементов, параметров и факторов, определяющих эффективность ее функционирования.

Идентификация (отождествление) — определение тождественнос­ти всей системы или ее элемента принятому аналогу или замещение реального объекта формальным объектом, его моделью. Под иденти­фикацией понимается и установление конкретного воздействия фак­торов на систему. В кибернетике идентификация объектов управления — выбор класса математической модели, критерия соответствия модели и объекта, а также построение модели по реализации его входных и выходных сигналов.

Широкое применение принципа идентификации в управлении свя­зано с возрастающим использованием научного менеджмента, разви­вающего аналитический стиль управления.

Согласно принципу множественности описания каждой системы, модель изучаемой реальности служит основным инструментом иссле­дования. Любая модель — это абстракция реальной системы.

Абстракция — это формирование образа реальности посредством отвлечения и пополнения. Отвлечение упрощает, а пополнение услож­няет образ реальности. В качестве инструмента упрощения или попол­нения в модели выступают идентификация и структурирование, кото­рые предшествуют абстракции.

Формализация — это отображение образа реальности с использова­нием формальных языков, а именно языка математики, логики, семи­отики, что позволяет освободиться от обращения к интуитивным представлениям и перейти к более строгим выводам, утверждениям. Ре­зультаты формализации — это прежде всего математические, имита­ционные, семиотические модели изучаемой реальности, а также раз­личного вида алгоритмы, искусственные научные языки и др.

К общим принципам кибернетики как науки о единстве процессов управления, независимо от объекта их приложения, относят: обратную связь, черный ящик, внешнее дополнение, преобразование инфор­мации, целенаправленность управления и эквифинальность.

Обратная связь — поток информации, поступающий после из­мерения результатов функционирования системы или ее части в сис­тему управления для выработки воздействия на алгоритм управления;

«Черный ящик» — система (объект), в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные параметры, а внутреннее устройство и протекающие в ней процессы, по «причине недоступнос­ти для изучения или в связи с абстрагированием, не являются предме­том исследований»;

Внешнее дополнение — включение «черного ящика» в цепь управ­ления в условиях, когда используемый язык формализации недостаточен для описания реальной ситуации системы и этот недостаток уст­раняется путем процедуры внешнего дополнения;

Преобразование информации — система рассматривается как «ма­шина для переработки информации» с целью ее упорядочения, сни­жения неопределенности и разнообразия, и это делает поведение сис­темы предсказуемым;

Целенаправленность управления — «управление — неотъемлемое свойство любой системы», а система «является организмом, обладаю­щим своей собственной целью и своим собственным единством»;

Эквифинальность — существование конечного неупорядоченно­го множества путей перехода системы из различных начальных состо­яний в финальное состояние, т.е. переход системы из начальных со­стояний в финальное задан не единственным образом.

Дадим краткое пояснение изложенным принципам. Обратная связь в кибернетике, в отличие от ее общесистемного представления, вклю­чает только поток информации с результатами измерения выходного потока системы и именуется информационной обратной связью. Ос­новная идея обратной связи состоит в мониторинге выходной инфор­мации и динамическом анализе результатов поведения системы отно­сительно заданной планом траектории ее функционирования. При выявлении отклонений и в зависимости от их существенности проис­ходит выработка управляющих воздействий. Вводом обратной связи создается замкнутый контур управления.

В кибернетике выделяют отрицательную и положительную обрат­ную связь. Если под действием обратной связи первоначальное откло­нение результирующего (выходного) параметра или показателя, вы- званное возмущающим воздействием, уменьшается, то говорят, что имеет место отрицательная обратная связь, в противном случае — положительная. Положительная обратная связь образуется из однопо­люсных (только положительных или только отрицательных) парамет­рических отклонений. Они накапливаются и приводят к потерям ус­тойчивой работы системы в целом. Отрицательная обратная связь, представленная как чередование положительных и отрицательных па­раметрических отклонений, настраивает управление на стабилизацию функционированиясистемы относительно заданной траектории ее раз­вития. Механизм обратной связи делает систему самонастраивающей­ся, т.е. обладающей способностью к компенсации параметрических воз­мущений, и повышает степень ее внутренней организованности.

Особый случай — гомеостатические обратные связи, которые сво­дят внешнее воздействие к нулю; свойство системы оставаться без изменения в потоке событий называют инвариантностью. В управле­нии организациями обратные связи рассматриваются и как усиливаю­щие, и как уравновешивающие. Усиливающие связи могут быть как двигателями роста, так и порождать ускорение спада организации. Уравновешивающую (или стабилизирующую) обратную связь мы на­ходим везде, где существует поведение, ориентированное на достиже­ние цели. Тогда отрицательная обратная связь есть уравновешиваю­щая, а положительная — усиливающая.

Введение принципа «черного ящика» — это возможность изучать сложные системы, используя зависимость между входными ресурсами и выходными результатами ее деятельности, не рассматривая механизм преобразования ресурсов. Следует отметить важную особенность дан­ного принципа. Как бы детально ни изучалось поведение объекта, пред­ставленного в виде «черного ящика», получить однозначное заключе­ние о его внутреннем потенциале не удается. Это связано с тем, что одним и тем же поведением характеризуются разные, подобные исход­ному объекты. Подход, основанный на принципе «черного ящика», по­лучил распространение при экспериментальных исследованиях сис­тем, когда больший интерес представляет поведение системы, а не ее строение.

Принцип внешнего дополнения — практический метод преодоле­ния неполноты формальных языков (теорема Геделя). Этот принцип сводится к тому, что любой язык управления в конечном счете недо­статочен для выполнения поставленных перед ним задач, но этот не достаток может быть устранен благодаря включению «черного ящика» в цепь управления. Например, разработка плана производства на ос­нове математических моделей всегда требует определенного дополне­ния за счет «управления извне» для адаптации (корректирования) мо­дельных расчетов к неформализуемым условиям функционирования или в связи с изменениями некоторых из них под воздействием внеш­ней среды. Элемент «управление извне» встраивается в цепь выработ­ки решений как «черный ящик», так как и он не поддается точному определению.

Принцип эквифинальности свидетельствует о том, что управление связано с наличием нескольких конечных путей или альтернатив пе­рехода системы из различных начальных состояний в финальное со­стояние. Понимание рассматриваемого принципа в исследовании си­стем управления расширяет понятие оптимальности управления до многокритериальной оптимизации. Эта процедура сопровождается разработкой определенных групп критериев для различных путей пе­реходов системы из начальных в финальное состояние.

В целом изложенные принципы взаимосвязаны, взаимодополняе­мы и служат фундаментальной основой для исследования систем уп­равления.