Зависимость между уровнями и координируемость

В настоящее время совершенно очевидно, что прогресс в развитии теории иерархических систем будет происходить постепенно, отдельными этапами, на каждом из которых будут решаться некоторые специальные задачи, характерные для многоуровневых систем. Одна из таких существенно иерархических задач касается межуровневых связей в многоуровневой системе, и в частности координации.

Рассмотрим двухуровневую систему принятия решений (рис. 6.14), имеющую только один вышестоящий элемент и п подчиненных ему элементов. Такая система представляет специфический интерес для теории многоуровневых систем по следующим причинам: а) это простейший тип систем, в котором проявляются все наиболее существенные характеристики многоуровневой системы; б) более сложные многоуровневые системы могут быть построены из двухуровневых подсистем, как из модулей. Итак, мы будем исследовать взаимоотношения между уровнями на примере двухуровневой системы.

Рисунок 6.14. Двухуровневая организационная иерархия.
Взаимная зависимость уровней

Взаимодействие между вышестоящим элементом и каждым из нижестоящих элементов таково, что действия (и успех) одного из них зависят от действий другого, как это показано на рис. 6.15.

Рисунок 6.15. Взаимодействие между вышестоящим и нижестоящими решающими элементами.

Так как оба являются элементами, вырабатывающими решения, это означает, что в общем случае проблема, решаемая элементом нижестоящего уровня, зависит от действия вышестоящего элемента, заключающегося в выработке значений определенного параметра; наоборот, проблема, решаемая вышестоящим элементом, зависит от действий (или отклика!) элементов нижестоящего уровня. Очевидно, что получается тупик. Эта дилемма разрешается путем введения приоритета действий вышестоящего элемента. Однако в общем случае следует учитывать динамику: взаимоотношения между вышестоящим и нижестоящими элементами являются динамическими и изменяются во времени.

Времена вмешательства

Вышестоящий элемент может сообщить свое координирующее решение нижестоящим элементам в один из двух моментов времени. Вышестоящий элемент может попытаться скоординировать действия нижестоящих элементов до того, как они примут свои решения. Мы называем такой род действий вмешательством до принятия решения. Вмешательство до принятия решения основано на прогнозировании поведения как самой системы, так и окружающей среды.
Через некоторое время после того, как элементы нижестоящего уровня примут и применят свои решения, вышестоящий элемент должен снова связаться с нижестоящими. Вышестоящий элемент должен исправить посланные ранее элементам нижестоящего уровня инструкции, если окажется, что допущения, на основе которых эти инструкции были выработаны, стали неверными.
При рассмотрении “вмешательства после принятия решения” следует помнить, что оно вызывается не стремлением упростить работу нижестоящих элементов, а стремлением к достижению целей вышестоящего элемента. Основная цель вмешательства после принятия решения состоит в том, чтобы оказать на нижестоящие элементы такое влияние, которое приведет к улучшению (с точки зрения вышестоящего элемента) поведения системы в целом

Основные особенности функционирования вышестоящего элемента

Два вида сигналов связывают вышестоящий и нижестоящие элементы. Сигнал, идущий сверху вниз, конкретизирует задачи, подлежащие решению на уровне нижестоящих элементов, тогда как сигнал, посылаемый наверх, несет вышестоящему элементу информацию о состоянии нижестоящего уровня.

Вмешательство

В связи с приоритетом действий вышестоящий элемент имеет широкие обязанности: во-первых, он указывает нижестоящим элементам, как им следует действовать, а во-вторых, воздействует на них с целью побудить их, если это необходимо, изменить свои действия.

Вышестоящий элемент посылает нижестоящим элементам значения будущих связующих сигналов. Тогда нижестоящие элементы начинают вырабатывать свои локальные решения в предположении, что связующие сигналы, которые в дальнейшем действительно к ним поступят, окажутся именно такими, какими их предсказал вышестоящий элемент.

Вышестоящий элемент задает диапазон значений для связующих сигналов. Нижестоящие элементы рассматривают эти сигналы как возмущения, могущие принимать любое значение в заданном диапазоне.

Элементы нижестоящего уровня трактуют связующий сигнал как дополнительную переменную решения. Они решают свои задачи так, как если бы связующие сигналы можно было выбрать произвольно.

Элементы нижестоящего уровня знают о существовании других решающих элементов на том же уровне. Вышестоящий элемент определяет, какого рода связи разрешены между ними. Это приводит к коалиционным или конкурентным отношениям между нижестоящими элементами.

Координация

Координация, сама представляющая собой сложную для решения проблему, имеет два важных аспекта: аспект самоорганизации и аспект управления. Предположим, что способ координации уже определен и что самоорганизация относится лишь к изменениям функций и взаимосвязей, используемых в процессе координации. Эти изменения мы называем модификациями. В широком смысле всякая задача принятия решения определяется некоторой целью и образом ситуации, применительно к которой происходит принятие решения. Таким образом, имеются два вида модификаций: модификация целей и модификация образов (для выбранного способа координации).

работа вышестоящего элемента сводится к следующему:

а) выбор способа координации;

б) модифицирование функций, определяющих стратегии нижестоящих элементов, если это необходимо, и

в) выбор координирующих воздействий после того, как приняты остальные решения.

Сбор информации

Требующаяся вышестоящему элементу информация о ниже расположенных уровнях зависит фактически от стоящей перед ним и требующей решения задачи, а также от образа (модели), используемого при решении этой задачи. Для этого должен иметься образ (или модель) поведения элементов нижестоящего уровня. Мы упомянем три подхода к проблеме построения таких моделей.

При наиболее простом решении этой проблемы предполагается, что координатор имеет перед собой точное описание поведения элементов нижестоящего уровня. В таком случае задача координации сводится к классической задаче управления: имеются все необходимые данные, и задача состоит лишь в том, чтобы принять наилучшее решение.
Более содержательный подход к построению модели, используемой вышестоящим элементом, состоит в том, чтобы попытаться упрощенно описать подсистемы нижестоящего уровня. Успешность такого подхода очевидным образом зависит от того, какие переменные и в каком количестве входят в функцию качества для вышестоящего элемента. Для многоуровневых систем основной недостаток такого подхода заключается в том, что он не учитывает декомпозицию системы на нижнем уровне.

Выбор модели для вышестоящего элемента должен основываться не на прямом упрощении (путем агрегирования или иными средствами) нижестоящего уровня, а скорее на признании того факта, что для вышестоящего элемента управляемый процесс описывается как взаимодействие семейства взаимосвязанных подсистем, каждая из которых преследует собственные цели. Вот почему вышестоящий элемент должен скорее координировать деятельность нижестоящих элементов, нежели управлять ими.

В связи с этим модель для вышестоящего элемента должна основываться на взаимодействиях между нижестоящими элементами; точнее, на том, каким образом они при выборе своих решений учитывают взаимодействия друг с другом. На деле снова получается агрегирование.
Взаимосвязь элементов нижестоящего и вышестоящего уровней

Элементы нижестоящего уровня могут влиять на действия вышестоящего элемента как непосредственно, так и косвенно, ибо конечный успех вышестоящего элемента зависит от того, как работают системы нижестоящего уровня. В ходе обмена информацией, имеющего место до принятия решения, вышестоящий элемент имеет превосходство над элементами нижестоящего уровня и может затребовать информацию нужного ему вида Обычно в процессе обмена информацией, происходящего до принятия решения, нижестоящий элемент может сообщить вышестоящему элементу ту информацию, которая максимизирует его потенциальный выигрыш; но он должен при этом соблюдать “чувство меры”, ибо от него могут потребовать разумного объяснения любого расхождения, возникающего в период после принятия решения.