Традиционная схема управления. Нетрадиционные объекты управления. Основные свойства.

Традиционная теория управления техническими объектами, выросшая на существовавшей ранее теории автоматического регулирования, имеет дело с такими объектами, для которых процедура управления в самом общем виде представляется так, как показано на рис 1.

На управляемый объект воздействуют (n + r) входов, причем значение входов xtможно оценить в каждый момент времени, а для входов wjтакая возможность отсутствует.

Чаще всего это происходит из-за того, что измерение входов wjфизически невозможно или слишком дорого обходится. В идеальном случае входов wjнет.

Объект имеет т выходов. Предполагается, что между входным вектором <Х, W>и выходным Y есть некоторая связь Y=f(X, W).

Эта связь может иметь самые разные характеры: она может быть функциональной, статистической, в виде неоднозначного отображения и т. п. Важно лишь то, что изменения в X и W как-то сказываются на значениях Y. Значения Y небезразличны некоторому лицу, которое мы в дальнейшем будем условно называть лицо, принимающее решение (ЛПР), как принято в современной теории исследования операций. Для ЛПР важно добиться получения определенных значений Y при любых значениях X и W. На векторы X и W оно влиять не может. Поэтому оно строит систему управления так, чтобы получить от объекта интересующие его значения Y. Это делается с помощью специальных управляющих воздействий ukподаваемых от системы управления на объект. Подобно векторам X и W, значения вектора воздействий U влияют на значения вектора Y.

	а)
	б)
Рис 1. Схема управления: а) управления техническими объектами; б) процессом тушения пожара [1]

Другими словами, вместо соотношения Y=f(X, W) возникает соотношение Y=F(X, U, W).

Задача ЛПР — сделать систему управления такой, чтобы при наличии информации о текущих значениях X (информация о значениях W системе управления, естественно, недоступна) добиться таких значении Y, которые устраивают ЛПР. Это означает, что система управления реализует некоторую зависимость вида U = Ф (X, У), с помощью которой она находит необходимые управляющие воздействия на объект.

Если ЛПР не удовлетворено своим детищем, то оно может внести коррективы в его функционирование. На рис. 1.1 эта возможность показана в виде подачи на систему управления корректирующего вектора Z. Если же коррекция не приводит к цели или невозможна, то ЛПР может сменить систему управления.

Не будем вдаваться в дальнейшее рассмотрение приведенной схемы. Для нас важно следующее: для того чтобы ЛПР смогло построить удовлетворяющую его систему управления, оно должно знать две вещи:

множество предпочтительных векторов Yи

как задано отображение f.

Отображение f описывает функционирование объекта управления, а знание предпочтительных значений Yговорит о понимании цели его функционирования.

Итак, ЛПР необходимо знать

описание объекта(т. е. его структуры и функционирования), которым он собирается управлять, и

цели существования этого объекта.

Зная это, он может сформулировать критерий управления, в котором воплощаются требования к системе управления. Отображение Ф па рис. 1.а. воплощает в себе критерий управления объектом. Он может быть различным: максимизация или минимизация каких-то значений вектора Y, их поддержание в некоторых заданных пределах, недопущение некоторых комбинаций этих значений или запрещение появления определенных временных последовательностей значений вектора Yи т. п.

Но именно наличие критерия управления позволяет ЛПР ставить и решать традиционную задачу управления объектом.

Так возникает цепочка:

описание объекта управления — описание целей существования объекта управления — формирование критерия управления им — проектирование и создание системы управления.

Следовало бы ожидать, что теория управления уделит одинаковое внимание всем элементам цепочки. Однако исторически этого не произошло. Как правило, специалисты в области управления прилагали усилия лишь к поиску процедуры управления объектом, когда и сам объект, и критерий управления им были уже описаны в точных терминах. Оптимизация управления была центральной проблемой традиционной теории автоматического управления. И лишь на последнем этапе ее развития внимание специалистов переместилось на проблему идентификации объекта управления и на проблему выявления критериев управления им.

Но здесь возник ряд трудностей, связанных с тем, что объектами управления стали системы, для которых привычные, наработанные десятилетиями приемы оказались неприменимыми. Какова же была их природа?

1.2. Нетрадиционные объекты управления. Основные свойства.

Их называют по-разному: плохо определенные или слабоструктурированные, организационные или обладающие «свободой воли». Но независимо от названия эти новые объекты обладают рядом неожиданных для традиционного управленца свойств, отличающих их от привычных объектов прошлого. Перечислим основные их свойства.

1. Уникальность. Каждый объект обладает, такой структурой и функционирует так, что система управления им должна строиться с учетом всех его качеств и к нему нельзя применить какую-либо-типовую стандартную процедуру управления.

Если, например, удалось спроектировать систему управления выдвижением лестницы для пожарного автомобиля АЛ-30, то она пригодна для любого автомобиля такой модели.

Если же спроектирована система управления для нашего министерства некоторой республики, то ее нельзя перенести без изменений для того же министерства другой республики. При переносе надо учесть все индивидуальные особенности нового объекта управления. Это обстоятельство резко удорожает процедуру построения системы управления, ибо фактически нужно создавать столько систем управления, сколько объектов мы хотим автоматизировать.

2. Отсутствие формализуемой цели существования. Для старых, привычных для теории автоматического управления объектов всегда было ясно, зачем был создан тот объект, управление которым мы строим. Как правило, управленцы имели дело с объектами искусственного происхождения, созданными людьми для достижения понятных им целей. Пожарный ствол должен был подавать огнетушащие вещества, ПА должен был доставлять л/с и ПТВ и воду к месту пожара. Но не для всех объектов (даже созданных человеком) можно так же четко сформулировать цель их существования. Сейчас, когда мы хотим управлять городами, отраслями хозяйства, регионами, экосистемами, мы попадаем в весьма затруднительное положение при попытке четко сформулировать цель существования этих объектов. Даже созданные людьми, они возникли не по чьему-то плану, для решения какой-то конкретной задачи, а развились постепенно в силу определенных социально-экономических и исторических причин. Каковы, например, цели существования сверхгородов? Или для чего возникла экосистема Азово-Черноморского бассейна? На такие вопросы практически невозможно ответить.

А это приводит к весьма большим сложностям в формировании критерия управления. Ибо критерий управления в традиционных системах управления был теснейшим образом связан с целью су­ществования объекта. Критерий управления ПА был основан на достижении им своей цели существования — доставки л/с и ПТВ к месту пожара, управления производством синтетического пенообразователя — на соображениях повышения качества продукта. Именно поэтому в различных автоматизированных системах управления, создаваемых для объектов нового класса, очень часто можно наблюдать реализацию различных критериев управления.

3. Отсутствие оптимальности. Следствием того, о чем говорилось в предшествующих двух пунктах, является неправомочность постановки для объектов новой природы классической задачи оптимизации. Из-за отсутствия цели существования (в рамках теории управления) для рассматриваемых объектов нельзя построить объективный критерий управления. Критерий управления становится субъективным, целиком зависящим от ЛПР.

Эту чрезвычайно важную для дальнейшего мысль можно проиллюстрировать следующим примером, стоящим, правда, несколько в стороне от собственно задачи управления. Пусть с помощью людей-экспертов мы хотим измерить размер какого-либо предмета. Например, длину пожарного рукава. Каждый специалист называет некоторое число, которое, по его мнению, означает длину рукава. ЛПР (которое также может прикинуть длину рукава) анализирует показания экспертов. Если находится эксперт, оценивающий длину рукава в 50 м или в 50 см, то ЛПР вправе усомниться в его квалификации как эксперта. Отбросив такие аномальные предложения, ЛПР может просуммировать остальные числа и найти среднее арифметическое от полученного результата. Такое усреднение как бы объективизирует результат. Если экспертов было много и они обладали неплохим глазомером, то результат экспертизы будет близок к истинной длине пожарного рукава.

Отметим две особенности описанной нами процедуры.

Во-первых, если экспертов уже много, то появление некоторого нового эксперта не внесет особых изменений в результат, полученный ЛПР. Другими словами, такая экспертиза обладает свойством устойчивости.

Во-вторых, можно проверить качество экспертизы, взяв какое-либо измерительное приспособление, точность которого удовлетворяет ЛПР, и провести измерение. Та или иная близость данных измерения к результату, полученному с помощью экспертов, будет характеризовать качество экспертизы. А это позволяет ставить, например, задачу оптимизации формирования коллектива экспертов по их количеству или каким-либо социальным или физиологическим особенностям.

Теперь рассмотрим пример другой экспертизы. Группа людей заблудилась в пещере. После долгого блуждания они оказались на площадке, с которой путь, приведший их на нее, разветвляется. Влево и вправо уходят подземные коридоры. Требуется решить: куда идти? Руководитель группы (ЛПР) устраивает опрос. Сторонники движения по левому коридору высказывают свои соображения, их противники — другие. Для ЛПР доводы тех и других не кажутся слишком убедительными, и оно проводит простое голосование. Предположим, что большинство участников этой экспертизы высказалось за движение по левому коридору. Группа пошла по нему. После нескольких дней, ослабевшие от голода и жажды, они выбрались на поверхность. И с тех пор ЛПР мучает вопрос: правильно ли оно приняло решение?

Ясно, что ответа на этот вопрос нет. Он был бы, если бы группа прошла и правым коридором. Возможно, что он сразу бы вывел их на поверхность, но весьма вероятно, что они могли бы навсегда остаться под землей. Оценить правильность выбора, его целесообразность, оптимальность в этом случае можно, только имея план пещеры, а значит, «пройдя» по всем ее коридорам. В отличие от ситуации с измерением длины рукава, здесь нет возможности оценить качество принятого решения, если альтернативные решения не проверялись. Кроме того, экспертиза второго типа не обладает устойчивостью, характерной для предшествующего примера. Если бы после принятия решения о движении по левому коридору подавляющим большинством экспертов на площадку, где стоит группа, выбрался бы из левого коридора человек, тоже блуждающий в поисках выхода, и сказал бы, что этот путь ведет в тупик, то весь результат опроса рухнул бы. И дальнейшее движение было бы продолжено по правому коридору.

Ситуация, аналогичная поиску пути в пещере, складывается весьма часто. При решении о выборе тех или иных характеристик пожарных стволов, при принятии тех или иных решений по структуре и методам функционирования системы управления ПП при тушении пожара на различных объектах, при всяком «волевом» решении (хотя и подкрепленным рядом соображений самого ЛПР и других экспертов) всегда возникает ситуация, описанная мной.

Отсюда следует, что в этих случаях невозможно говорить об оптимальности получаемых решений. Нельзя, например, требовать, чтобы проектировщики создали оптимальную АСУ пожарной безопасностью отраслью или городом. Такая постановка некорректна и неправомочна. Качество созданной системы для управления объектами новой природы может оцениваться только субъективно самим ЛПР или их коллективом. Поэтому здесь уместнее говорить о целесообразности результата управления, а не об его оптимальности. Важно только, чтобы ЛПР в нужных случаях не боялось принимать решения.

В одноактной пьесе СлавомираМрожека, которая называется «Стриптиз», описана как раз такая ситуация, при которой одно из ЛПР увиливает от принятия решений. Два человека, не знакомых между собой, оказываются некоторым непостижимым для них образом перенесенными в помещение, из которого имеется выход через открытую дверь. Им надо принять решение: что делать? Происходит следующий диалог:

Первый. Что такое свобода? Это возможность выбирать. Пока я нахожусь здесь, я знаю, что могу выйти в эти двери, до тех пор я свободен. Зато в тот момент, когда я встану и выйду отсюда, я тем самым произведу выбор, т. е. ограничу возможность моего поведения и утрачу свободу. Я стану рабом своего ухода.

Второй. Но, оставаясь на месте и никуда не выходя, вы тоже производите выбор. Вы избираете сидение и невыход.

Первый. Неправда. Я сижу, но я могу выйти. Выйдя, я исключаю возможность сидения.

4. Динамичность. В каком-то смысле объекты, с которыми сейчас сталкивается теория управления, подобны живым системам. С течением времени изменяется их структура и функционирование. Объекты как бы эволюционируют во времени. В гарнизоне строят новые ПЧ, вводятся и выводятся из боевого расчёта современные (устаревшие) ПА, меняется технология подачи огнетушащих веществ. Меняется структура отрасли, города расширяют свои границы, меняется их застройка, смещаются транспортные и людские потоки. И эта динамичность должна быть учтена в системах управления подобными объектами. Они поневоле должны быть адаптивными, готовыми к изменению своего функционирования.

5. Неполнота описания. Как правило, никакой коллектив экспертов, знающих объект управления, не в состоянии сразу же обеспечить информацию, которой бы заведомо хватило для создания системы управления объектом. Существует несколько причин, почему это происходит.

Описывая объект управления старого типа, управленец всегда знал о тех допущениях, которые он принял, строя описание. Он мог предполагать, что передаточная функция объекта имеет тот или иной вид, что запаздывание не играет в его функционировании большой роли, что влияние параметров wj незначительно и им можно пренебречь и т. п. И если созданная им система управления оказывалась не слишком хорошей, то он знал, от каких допущений надо отказываться.

Но при работе с объектами новой природы эти допущения нельзя сформулировать столь ясно и просто. Управленец в этом случае почти целиком полагается на экспертов, знающих объект управления. И тот или иной уровень допущений фактически предлагают они. Но, не будучи специалистами по системам управления, эксперты не могут оценить тот уровень полноты описания, который нужен специалисту по управлению.

Другая немаловажная причина неполноты описания объекта — незнание некоторых сторон функционирования его самим технологом. Некоторые ситуации, никогда не встречавшиеся им ранее, естественно, нельзя сообщить и проектировщику системы управления. Чаще всего это всевозможные аварийные ситуации.

Для иллюстрации возможных последствий аварий вспомним катастрофу с энергетической системой США, происшедшую несколько десятилетий назад. Развал системы возник по вине системы управления. Автоматическое отключение линий и источников энергии при перегрузках привело к тому, что значительная часть страны лишилась электроэнергии, а это привело к огромным потерям. Другим примером может служить система управления большой ЭВМ, ее операционная система. Когда специалисты по ее проектированию в шестидесятых годах создавали мультипрограммные операционные системы с развитыми системами прерываний и приоритетов, то они вовсе не рассчитывали на ситуации, в которых система управления блокировала бы сама себя из-за невозможности выйти из прерываний. И в том, и в другом случае управленцев подвела неполнота описания функционирования объекта и влияния сигналов ui на это функционирование.

Третья причина неполноты описания — отсутствие у самого технолога четкого понимания функционирования объекта. Выдавая управленцу большое количество информации, он тем не менее не сообщает ему самой главной, по которой сам принимает решение о функционировании объекта. Делает он это не сознательно, ибо «самая главная информация» может учитываться им только на уровне собственной интуиции.

Можно привести следующий случай. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) распространила в ряде стран истории болезни нескольких больных из скандинавских стран. И попросила ведущих психиатров различных стран дать заочный диагноз заболевания на основании историй болезни. В СССР последние были размножены и разосланы значительному количеству специалистов. Через некоторое время они собрались все вместе в Москве для обсуждения своих диагнозов. Была составлена и вывешена для всеобщего обозрения сводная таблица, в которой для всех больных были указаны диагнозы. Это была удивительная таблица! Почти для каждого случая имелся разброс диагноза от «практически здоров» до «заболевание X в самой тяжелой форме». Авторы диагнозов выходили на трибуну и обосновывали свою точку зрения. Самым интересным было то, что, привлекая одни и те же данные из истории болезни, они приходили к почти противоположным выводам. Например, из того, что больной отказался входить в контакт с близкими и врачом, в одном случае следовал вывод о стремлении к изоляции, неконтактности, а в другом — о вполне адекватной данной ситуации форме поведения. Споры фактически прекратились после выступления одной очень уважаемой пожилой специалистки в области психиатрии. Она сказала, буквально, следующее: «Коллеги, о чем мы спорим? Ведь мы все знаем, что как только к нам на прием придет пациент, мы в первую же секунду определим — болен он или нет. Только мы не можем сказать, как это у нас получается». И все согласились с выступавшей.

И, наконец, еще одна причина, приводящая к неполноте описания сложных объектов. Эта причина состоит в том, что многие особенности функционирования объекта, а иногда и его структуры не могут быть описаны количественно. Они допускают лишь качественное, словесное описание. Переход от качественных описаний к некоторым формальным представлениям должен производиться управленцем, который не всегда в состоянии решить такую сложную проблему.

6. Наличие свободы воли. Во многих объектах управления люди являются элементами их структуры. Это так называемые организационные системы. В отличие от всех других элементов, образующих объекты, люди функционируют в нем с учетом своих личных интересов и целей. Их интересы и цели могут значительно отличаться от того, что они должны делать с точки зрения ЛПР. Их индивидуальное поведение практически невозможно учесть при создании системы управления, и требуются специальные приемы для нейтрализации их воздействия на функционирование объекта управления.

21.Типы управления: системное, ситуационное, стабилизационное.

Совокупность всех сведений о структуре объекта управления и его функционировании в данный момент времени - текущая ситуация на объекте управления.

системное управление - управление, при котором организация рассматривается как единое целое;

ситуационное управление - управление, основанное на выявлении ситуаций, которые позволяют руководителю оперативно решать управленческие задачи;

стабилизационное управление - управление, направленное на выявление путей для стабилизации состояния объекта.