Структура системы управления

Говоря об управлении внутри системы как о некотором взаимодействии ее элементов, нужно прежде всего определить отношение подчинения минимум для двух элементов: для того, кто (или что) управляет, - субъект управления и для того, кто (или что) исполняет, - объект управления (рис. 1).

Рис. 1

Объект и субъект управления в свою очередь могут быть достаточно сложными системами или подсистемами некоторой еще большей системы. Поэтому принято считать объект управления управляемой подсистемой, а субъект — управляющей подсистемой. Для примера можно говорить об управлении кораблем в океане и автомашиной на городском перекрестке. В этом случае понятие «управление» выражает целенаправленное воздействие некоторого субъекта (капитана корабля, водителя автомашины) на физический объект (корабль или автомашину). Можно говорить об управлении тралением в океане и хранением рыбопродукции в холодильнике. В этом случае понятие «управление» также выражает целенаправленное воздействие субъекта на некоторый физический элемент (промвооружение судна или рефрижераторная установка), но цель этого воздействия опосредована свойствами технологического процесса. И, наконец, можно говорить об управлении человеческими коллективами в самых различных сферах деятельности. В этом случае понятие «управление» используется для организации распределения, обмена и потребления средств производства и материальных благ (например, управление предприятием, организацией, отраслью, регионом и т. п.).

Управляющая подсистема есть та часть системы, которая, зная состояние объекта управления и внешней среды в данный момент времени t_o, формирует управляющее воздействие в виде многомерного вектора y(t, t_о) для объекта управления и передает его на этот объект по каналу прямой связи. Для предприятия это, как правило, аппарат управления, который, опираясь на организационно-распорядительные, административно-правовые и социально-психологические методы, разрабатывает алгоритм управления на заданный плановый период (t, t_o) в виде планов, приказов, инструкций и распоряжений.

Управляемая подсистема есть та часть системы, которая осуществляет преобразование выделенных ресурсов в продукцию всей данной системы и выдает субъекту управления отчетную информацию о своем состоянии в виде многомерного вектора x(t) по каналу обратной связи. Для предприятия это, как правило, коллективы рабочих и служащих служб, подразделений, цехов, смен, бригад и участков, непосредственно участвующих в обслуживании производства и изготовлении готовой продукции.

Знание состава, структуры и свойств элементов системы и ее подсистем позволяет перейти к формальной постановке задач управления системой.

Так, состояние объекта управления x(t) в любой момент времени t³t_о, где t_o — начальный момент времени, может быть выражено через уравнение связи с управляющими y(t, t_o) и возмущающими f(t, to) воздействиями на интервале (t, to) в виде

x(t) = F{x(t, t₀); f(t, t₀); y(t, t₀)}.

В решении практических задач управления значения компонент многомерных векторов x(t) и y(t) ограничены и находятся внутри замкнутых областей X(t) и Y(t), то есть на переменные параметры системы могут быть наложены ограничения вида

x(t)ÎX(t),

y(t)ÎY(t).

Для суждения о качестве управления вводят аналитическое выражение, оценивающее различные варианты поведения системы при достижении цели, — целевую функцию

H = H{x(t, t₀); f(t, t₀); y(t, t₀)}.

Тогда качество управления можно оценить как достижение экстремума целевой функции — критерия качества управления. Для предприятия это могут быть максимум прибыли, минимум затрат, максимум производительности труда, минимум себестоимости и т. п.

Математическая модель управления позволяет выбрать наиболее оптимальный алгоритм управления, то есть изменение во времени управляющих воздействий y(t, t_o) со стороны управляющей подсистемы, обеспечивающей наилучшее качество в смысле экстремума целевой функции H при наличии заданных ограничений и возмущений со стороны внешней среды.

Анализ математической модели показывает, что для каждой системы управления должна быть четко сформулирована цель, к которой она стремится, и определено конечное состояние, которого она должна достигнуть. У каждой системы управления должна быть некоторая свобода выбора траектории движения к конечной цели. Чтобы выбрать наилучшую из возможных траекторий движения, система должна иметь возможность их сравнения и располагать определенными ресурсами, обеспечивающими реализацию управляющих воздействий.

Управляемая подсистема. Для облегчения анализа производства на предприятии как управляемой подсистемы целесообразно весь производственный процесс расчленить на отдельные производственные операции, выявить для каждой из них материально-техническую структуру, определить взаимосвязи производственных операций, установить структурную схему всего объекта управления. Любая производственная операция в свою очередь также может быть представлена в виде некоторой системы, входом которой являются выделяемые ресурсы, а выходом — готовая продукция.

Как известно, для обеспечения производственного процесса привлекаются ресурсы материальные (орудия и средства производства, оборудование и материалы), энергетические (гидро-, тепло- и электроэнергия), трудовые (работники сферы производства соответствующей квалификации), денежные (средства обмена и воспроизводства), информационные (конструкторская, технологическая, нормативная документация, инструкции, приказы, распоряжения). Конкретное содержание того или иного производственного процесса и его материально-технической структуры является объектом изучения специальных технологических дисциплин.

Для определения взаимосвязей производственных процессов и построения структурной схемы объекта управления целесообразно проследить «жизненный цикл» предмета труда и потребления. Этот цикл отражает все стадии процесса производства изделия от момента его зарождения в исследовательских коллективах до момента его потребления обществом. На этом пути можно выделить восемь основных фаз (или стадий), определяющих качественное изменение свойств и видов производственной деятельности (рис. 2):

Рис. 2

исследование — изучение свойств предметов труда и потребления, а также производственных операций с целью развития или прекращения выпуска данного изделия, улучшения или изменения его свойств по данным эксплуатации в сфере потребления, совершенствования средств и методов его изготовления по данным сферы производства;

конструирование — разработка конструкторской и технологической документации на предметы труда, средства и методы производства, на нормы расходования различных видов ресурсов;

подготовка — набор и обучение кадров, нормирование и организация труда, расстановка и наладка станочного парка, отработка технологии по отдельным производственным операциям:

обеспечение — распределение сырья и полуфабрикатов, энергии и денежных ресурсов, кадров и средств производства по производственным операциям в соответствии с установленными нормами их расходования;

обслуживание — организация ремонтных, транспортных и складских производственных операций, обеспечивающих выпуск готовой продукции;

производство — преобразование основных предметов труда в готовую продукцию предприятия. Производство делится на основное, предназначенное для выпуска основной продукции предприятия, и вспомогательное, предназначенное для обеспечения и обслуживания основного производства. Центральным, ведущим процессом для предприятия является основное производство, которое может функционировать только в условиях обеспечения его всеми видами необходимых ресурсов, поступление которых на каждую производственную операцию по ассортименту, объемам и сроку должно быть согласовано и синхронизировано с потребностями этого процесса;

контроль качества — проверка основных свойств готовой продукции, которые были определены еще в фазах исследования и конструирования;

реализация — передача готовой продукции в сферу потребления в виде товарной продукции. По данным эксплуатации предметов труда и потребления в соответствующей сфере разрабатываются рекомендации для совершенствования свойств продукции или производства, то есть вновь начинается стадия исследования.

Такой подход к анализу процессов производства в управляемой подсистеме позволяет ввести единообразие в изучение производственной деятельности на любом уровне управления.

Рассмотренная модель управляемой подсистемы применима и для анализа производственного процесса на предприятии. Однако для многих предприятий отсутствуют или имеют несущественное значение такие фазы, как исследование и конструирование. Поэтому модели объекта управления для предприятия будут включать в себя лишь основные виды производственной деятельности: подготовку, обеспечение, обслуживание, производство, контроль и реализацию.

Управляющая подсистема. Процесс управления — это достаточно сложный процесс для всей системы управления. В отличие от производственных процессов, основу которых составляет материально-техническая структура преобразования материально-вещественных ресурсов в готовую продукцию, природу процессов управления определяют процессы преобразования информации.

В этом случае основу управляющей подсистемы определяет информационно-логическая структура преобразования информационных ресурсов, получаемых управляющей подсистемой в виде данных о состоянии объекта (учетные и отчетные), условиях производства (нормативные и справочные) и требованиях системы верхнего уровня (директивные и плановые) и перерабатываемых в продукт управляющей подсистемы—решения в виде приказов, планов, распоряжений и т. п.

Поэтому входом этой подсистемы должны быть данные об объекте управления из внешней среды, а выходом — решения для воздействия на объект управления. В этом случае технология управления опирается прежде всего на сбор, хранение и переработку по определенным алгоритмам всей информации.

Рис. 3

Содержание каждой фазы управления состоит в следующем:

учет — оперативная фиксация данных о состоянии объекта управления, их первичная обработка — классификация, группировка и сортировка, в результате выполнения которых вырабатывается учетная информация о состоянии объекта;

контроль — обработка учетной информации о состоянии объекта управления, выявление и отбор существенных данных о состоянии объекта, их сравнение с нормативными или плановыми значениями, в результате выполнения которых вырабатывается контрольная информация об отклонениях параметров объекта;

анализ — регулярная обработка накапливаемой учетной информации для установления логических или аналитических связей между существенными параметрами о состоянии объекта, в результате выполнения которой вырабатывается аналитическая информация о взаимных связях параметров объекта;

нормирование — систематическая обработка накапливаемой учетной и аналитической информации о состоянии объекта для определения допустимых значений существенных параметров, в результате выполнения которой вырабатывается нормативная информация для нормального функционирования объекта;

прогнозирование — регулярная обработка накапливаемой учетной, аналитической и нормативной информации о состоянии объекта для установления вероятностных оценок уравнений связей между существенными входными и выходными параметрами объекта управления с целью предвидения его возможного поведения;

регулирование — оперативное принятие решений для ликвидации отклонений от нормального режима функционирования объекта. Решения принимаются на основе изучения контрольной и нормативной информации и оформляются в виде управляющей информации;

организация — регулярное принятие решений для обеспечения эффективного функционирования предприятия в целом на основе изучения процессов преобразования всех видов информации. В результате вырабатывается новый вид информации в виде должностных инструкций и положений о структуре производственного коллектива предприятия;

планирование — периодическое принятие решений для обеспечения эффективности функционирования предприятия на заданный плановый период на основе изучения целей и задач, поставленных перед предприятием, и проведение необходимых расчетов по аналитической, нормативной и прогнозной информации. В результате вырабатывается управляющая информация в виде планов на заданный интервал времени (сутки, декада, месяц, квартал, год и пятилетка).

Расчленение процесса управления на фазы (или стадии) позволяет с единых позиций рассматривать структуру управляющей подсистемы для системы любого иерархического уровня: предприятие, объединение, отрасль. На рис. 4 приведена наиболее распространенная структурная схема управляющей подсистемы большой организационной системы.

Анализ определений для каждой фазы управления показывает, что все они могут быть объединены в два модуля: обработка данных (учет, контроль, анализ, нормирование и прогнозирование); принятие решения (регулирование, организация и планирование). Первый модуль имеет пассивный характер отображения состояния объекта управления и представляет аппарату управления предприятием лишь отчетную информацию, второй модуль имеет активный характер формирования в аппарате управления управляющей информации для воздействия на объект управления.

Рис. 4

Рассматривая совместно «жизненные циклы» процессов производства и управления, можно выделить специальные функции управления исследованиями, конструированием, подготовкой, обеспечением и обслуживанием производства, самим производством, контролем качества и реализацией продукции и основные функции управления, например: учет реализацией, анализ контроля качества, контроль подготовки производства, нормирование обеспечения производства, регулирование основного производства, планирование исследований и т. п.

Источники:

1. Автоматизированные системы управления предприятиями рыбного хозяйства./ Под ред. В. Ф. Пономарева.-М.: Легкая и пищевая промышленность,1982.-232 с.

2. Справочник разработчика АСУ.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Экономика, 1978.-583 с.