СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

В дальнейшем будут рассматриваться не все возможные системы, а только определенный их класс — очень сложные инфор­мационные системы управления, которые называются также «киберне­тическими системами».

Одной из характерных особенностей таких систем является их способность реагировать на внешние (по отношению к данной системе) воздействия, изменяя с их учетом хода управляемого процесса и обеспечивая его ведение в заранее заданном режиме.

Кибернетические системы являются объектом исследования и изучения кибернетики —науки об общих закономерностях про­цессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и их объединениях.

С понятием «управление» человек сталкивается ежечасно на протяжении всей своей жизни, а человечество — на протяжении всей своей истории. Представление о кибернетике неотделимо от новейшей техники для управления, мощных электронных вычис­лительных машин, современных математических методов управ­ления производственными и экономическими системами.

Наука об управлении показала, что сходство процессов управ­ления в различных системах носит закономерный характер, что субстратом этих процессов является информация, подобно тому, как субстратом физико-химических процессов является энергия, что информационные процессы независимо от природы носителей информации подчиняются общим количественным закономер­ностям.

Природа кибернетических систем может быть различной — тех­нические, биологические, экономические системы и т. д.

Среди кибернетических систем особое место занимают системы управления экономическими объектами: народным хозяйством в целом, отдельными его отраслями, например морским транспор­том, отдельным предприятием (портом или пароходством) или его подразделениями. Системы управления экономическими объекта­ми, или экономические системы, характеризуются сложным пове­дением и очень развитой структурой взаимосвязей между эле­ментами.

Судоходное предприятие, например, рассматриваемое с точки зрения управления, является очень сложной вероятностной кибер­нетической системой. Ее сложность обусловлена наличием многих технических, технологических, экономических, политических, со­циально-правовых, гидрологических, метеорологических и т. п. элементов.

Как правило, в такой системе состав и поведение различных элементов характеризуются собственными закономерностями, опи­сываются различными языками, используется терминология раз­ных отраслей наук.

Однако с точки зрения управления, экономическую систему нет нужды рассматривать во всей ее полноте и сложности. Обычно, в зависимости от конкретной цели исследования, целесообразно рассмотрение и описание лишь одного аспекта функционирования системы, скажем, ее рентабельности или доходности, размера экс­плуатационных расходов и т. д.

Основные понятия и принципы кибернетики.

Изоморфизм. Если определенному свойству множества А соответствует анало­гичное свойство множества В и при изучении именно этих свойств множества оказываются неразличимыми, тождественными, то го­ворят, что они находятся в отношении изоморфизма или изоморф­ны. В этом случае, изучая одно из таких множеств, тем самым устанавливают свойства другого.

Так, например, изоморфны: местность и географическая карта, объект съемки и фотографический негатив, а также отпечаток с него, расположение пассажирских мест на судне и план-карта и т. д.

Кибернетика утверждает наличие изоморфизма в системах уп­равления любой природы: экономических, биологических, техни­ческих и т. д.

Принцип внешнего дополнения. Функционирование любой си­стемы невозможно достаточно полно описать, рассматривая ее как абсолютно обособленную систему.

Рассматривая транспортный процесс с материально-веществен­ной стороны, выходом следует считать транспортную продукцию — перевозки. С точки зрения процессов управления под выходом по­нимают информацию о транспортной продукции.

Простейшим примером применения обратной связи на тран­спорте является диспетчерское управление: поступление к диспет­черу оперативных сведений о состоянии перевозочного процесса и есть обратная связь, позволяющая вырабатывать команды уп­равления применительно к конкретным условиям, в которых нахо­дится объект управления.

В качестве более сложных примеров принципа обратной связи можно привести следующие. Если бы на мировом фрахтовом рынке существовал орган, который бы устанавливал и объявлял цены на морские перевозки, зависящие от колебаний спроса и предло­жений на тоннаж, то такую систему можно было бы назвать «эко­номическая система, действующая по принципу обратной связи».

Другой пример. Когда руководители всех подсистем и элемен­тов системы управления (капитаны судов, групповые диспетчеры, исполнительные менеджеры и т. д.) обладают одинаково своевременной и исчерпывающей информацией для принятия конкретного управ­ленческого решения, то такое решение будет одинаковым незави­симо от того, на каком уровне его принимают.

Управление воздействием на главный фактор. Чаще всего на объект управления воздействуют одновременно несколько факто­ров (входных величин). В этих случаях выходная величина зависит от результата действия многих величин, зачастую случайных, не контролируемых системой управления.

Однако, если можно указать на главную величину воздействия, которая собственно и определяет изменения выхода, то другими входными величинами можно пренебречь. Регулируя размер этой главной величины легко достичь заданных размеров выходной ве- личины.

Этот принцип имеет большую практическую ценность. Руково­дитель зачастую не может знать все факторы, воздействующие на систему, и ее поведение, но этого и не требуется: управлять объек­том или процессом можно и при неполной информации.

Например, время созревания фруктов в процессе перевозки за­висит от очень многих факторов, но, регулируя лишь температуру и влажность воздуха (главные факторы) в трюмах банановоза, добиваются созревания бананов в заданное время при переходе судна до порта назначения.

Другой пример. Продолжительность стоянки судна в порту под грузовыми операциями зависит от многих обстоятельств. Но глав­ный фактор здесь — интенсивность погрузочно-разгрузочных работ. Регулируя этот фактор, можно обеспечить заданную продолжитель­ность стоянки.

Содержание и форма системы. Всякая система как целостное образование характеризуется формой и содержанием. В основе любой системы лежат процессы, совершающиеся между ее элемен­тами. Именно эти процессы и составляют содержание системы.

Процессы, происходящие в системе, являются следствием того, что система постоянно находится под воздействием как внутренних сил, так и внешней среды.

Под внутренней силой понимается управляющее воздействие, обеспечивающее упорядоченное состояние и заданный уровень организованности системы. На транспорте, в том числе и мор­ском транспорте, роль таких внутренних сил играет диспетчирование.

Внешней средой, в которой функционирует транспортная систе­ма, могут служить: условия предъявления грузов к перевозке, на­вигационные условия судоходства, взаимодействие смежных видов транспорта и другие возмущающие воздействия, которые стремят­ся вывести систему из состояния равновесия, понизить уровень ее организованности.

Если, например, перевозки на регулярной линии, где работает определенное число судов, рассматривать как систему, движение которой регламентировано во времени и пространстве, установлен его ритм и каждая операция логически следует одна за другой, то действие внутренних и внешних сил здесь уравновешено. Систе­ма находится в динамическом равновесии. Если же появляется какое-то возмущение (отсутствие груза, выход судна из строя, шторм, замерзание акватории порта и т. д.), то равновесие систе­мы нарушается. В этом случае должен сработать механизм регу­лирования системы и восстановить ее равновесие.

Форма системы, ее структура и организация. Структура опре­деляет качество системы и протекание свойственных системе про­цессов, или иначе — производительность системы во многом зави­сит от ее структуры.

Принято считать, что правильно организованная структура предполагает такую расстановку сил и средств в системе, которая позволяет получить наилучшие результаты, т.е. наивысшую произ­водительность системы при возможном уровне за­трат средств.

Однако даже оптимальная расстановка средств может не при­вести к оптимуму уже на первых этапах работы по этому плану вследствие изменения внешних условий. При выяснении причин такого явления прежде всего обращаются к анализу изменившейся обстановки, ссылаются на отсутствие резервов и т. д. и редко обращают внимание на структуру системы. А между тем, очень часто причиной того, что принятые планы оказались нереализованными, является слишком жесткая структура.

Какие бы методы современной математики ни использовались в планировании работы флота, устойчивость и управляемость или иначе «надежность» системы не будет обеспечена до тех пор, пока не будет разработана соответствующая гибкая структура, способ­ная к адаптации в соответствии с изменяющимися условиями внешней среды.

Организация также выступает как атрибут системы. Без орга­низации существование системы немыслимо. Понятие организации двойственно. С одной стороны, это упорядоченность (статика) как внешнее выражение происходящих в системе процессов, приводя­щих к равновесному состоянию сил системы, с другой стороны, это динамика — организованное движение системы в заданном на­правлении.

Состав системы управления. Системы управления образуют объекты управления (морской транспорт, флот, порты, предприя­тия технического обслуживания и материально-технического обе­спечения и т. д.) и органы управления (аппарат Министерства транспорта, управление Службы мореплавания, Управление пароходства, порта и т. д.). Именно в рамках системы управления становится возможной рациональная организация человеческой деятельности, направленной на создание материальных благ для общества. Ведь управление реализуется как процесс повышения уровня организованности предприятия для достижения конечной цели наилучшим из возможных путей. Со­держание этого процесса составляет движение (циркуляция) ин­формации. Движение информации понимается здесь широко — это сбор, накопление и формирование информации, ее передача по ка­налам связи, хранение, преобразование. На рис. 1.2 приведена принципиальная схема управления флотом пароходства.

Метасистемой здесь выступают внешние условия работы флота (имеющиеся грузопотоки, предложения грузовладельцев, указания министерства, требования Регистра и т.п.)

Подсистемы — орган управления и объект управления. На вход органа управления подается первичная информация о состоянии управляемого объекта {X}, а на выходе действует командная ин­формация (управляющее воздействие) Y = А{Х}, которая передает­ся на

Прямая связь Вход

(командная информация)

Y=A{X}

Возмущения

{X} Обратная связь

(первичная информация о

состоянии управляемого объекта) Выход

Рис. 1.2. Принципиальная схема управления

вход управляемого объекта. Оператор А устанавливает со­ответствие между входной информацией и выходной командой.

Понятие управления. Управ­ление — процесс целенаправленного воздействия с целью перевода системы (объекта управления) из данного состояния в напе­ред заданное новое состояние.

Этот перевод системы может осуществляться с большими или меньшими затратами усилий (определенных ресурсов) в разное время, с различным экономическим эффектом. Другими словами, перевод системы может быть реализован по различным экономи­ческим критериям (показателям качества управления).

Так, например, если флот пароходства рассматривать как си­стему, то ее состояния могут быть охарактеризованы количествен­ными значениями параметров управления. При переводе системы из этого состояния в новое состояние, при котором будет выполнен заданный объем перевозок с наименьшими эксплуатационными расходами, критерий перевода может, в частности, принять вид:

n т

S S R_ijx_ij ® min (i = 1,2,…,n; j = 1,2,…,m),

^{i=1 j=1}

где R — эксплуатационные расходы;

x_ij—параметр управления;

i — тип судна;

j — направление.

Оптимальное управление. Перевод системы в требуемое состояние обеспечивается при помощи управляющих воздействий, под влиянием которых система принимает нужное состояние. Этот це­ленаправленный перевод системы, как уже упоминалось выше, мо­жет быть реализован по различным вариантам, т. е. с различным экономическим эффектом и по различным экономическим крите­риям (показателям качества управления). Естественно ставить вопрос об оптимальном управлении, т. е. о таком переводе систе­мы в новое состояние, который обеспечил бы получение экстре­мального значения определенного показателя, характеризующего эффективность управления при заданных ограничениях. Следова­тельно, принцип оптимального управления можно сформулировать так: достижение максимального результата при фиксированных (задан­ных) затратах либо достижение минимальных затрат при задан­ном результате.

Отсюда вытекает задача оптимального управления, которая со­стоит в том, чтобы среди всех допустимых вариантов перевода си­стемы в новое состояние отыскать и реализовать тот вариант, при котором достигается наивыгоднейшее значение показателя качест­ва управления.