Общая теория управления

1.7. Основы теории управления в части принятия решений

В последнее время с ускорением развития науки, средств вычислительной техники и связи по-новому стали рассматриваться существенные для теории управления вопросы: процесс принятия решения, возможности оптимального управления, закон необходимого разнообразия.

Процесс принятия решения. Как уже указывалось, при выполнении функций управления любой системой, процессом человек (или электронный автомат) на основании обработки и анализа информации, относящейся к этому процессу, принимает решение - некоторое предписание к действию для объекта управления (план, инструкцию, приказ, комплекс физических управляющих воздействий и т. д.).

Принятие решения всегда представляет собой выбор некоторой альтернативы из множества рассматриваемых альтернатив (вариантов решений). Этот процесс выбора, включающий также и разработку альтернатив, называется процессом принятия решения.

В процессе принятия решения можно выделить следующие этапы. Основой принятия решения является так называемый модельный или "мысленный" эксперимент, включающий построение мысленной модели объекта управления, формулирование идеализированных условий, воздействующих на модель, произвольное комбинирование этих условий и их возможных воздействий на модель и мысленную оценку соответствующих ситуаций, их предполагаемых последствий.

При реализации эксперимента, основанного на моделировании, осуществляется проверка наличия в рабочей памяти управляющего органа готового стереотипа для достижения поставленной цели. Если такой стереотип имеется, то при близости сложившейся ситуации с той ситуацией, в которой этот стереотип уже применялся, после соответствующего анализа возможных последствий его применения вырабатывается решение.

Таким образом, процессы принятия решений в значительной степени базируются на использовании эвристических методов. Основой эвристических методов является применение правил, приемов, упрощений, обобщающих прошлый опыт органа, человека, автомата, принимающего решение. Эвристическое рассуждение - это предварительное рассуждение, ориентированное на поиск решения задачи и характеризующееся большей или меньшей степенью правдоподобия. Фундаментом для построения эвристических рассуждений и методов является использование аналогии и неполной индукции. Важной особенностью реальных ситуаций в процессах управления, препятствующей принятию оптимальных решений, является то, что решения принимаются в условиях неопределенности, т. е. недостаточности информации, которая используется при принятии решения.

Приводятся несколько причин такой ситуации. В конечном счете, все они связаны с фактором времени - с необходимостью принять решение до определенного момента: "пока еще есть время". Управляя автомобилем в условиях некоторой сложной ситуации на дороге, нужно принять решение достаточно быстро, чтобы предотвратить аварию. Управляя производственным предприятием, нужно принимать решения по еще более широкому кругу вопросов о материально-техническом снабжении, сбыте, перераспределении ресурсов, изменении характера продукции и др. достаточно быстро, чтобы не останавливать производственный процесс и вовремя направить его в заданном русле. В личной жизни людей решения также необходимо принимать своевременно, чтобы потом не жалеть об упущениях. Однако, с другой стороны, своевременность решения в той или иной степени всегда вступает в противоречие с его обоснованностью.

Очевидно, что чем большим количеством информации мы хотим располагать, тем большее время уйдет на сбор, обработку и, главное, анализ этой информации. Причем этот процесс теоретически развивается во времени безгранично. Всегда можно уточнять еще те или иные детали управляемого процесса, устанавливать и анализировать детерминированные, статистические и корреляционные связи между его элементами и т. д. до бесконечности. Сколько бы мы ни исследовали любой процесс, исключительно полного знания о нем мы не достигаем. Возникает резонный вопрос: в какой же момент в таком случае следует принимать решение- В начале исследования количество информации, доступной нам, будет настолько мало, что решение неизбежно будет чисто волевым, или рискованным.

Однако и такие решения приходится иногда принимать, ибо в некоторых экстремальных ситуациях лучше пойти на риск и принять случайное необоснованное решение, чем бездействовать.

Но если основная масса информации об управляемом процессе нам доступна, когда следует принимать решение? Здесь возникают разные ситуации. Более решительный руководитель примет решение в момент А, другой подождет до момента В, третий будет еще кое-что уточнять до момента С. Нерешительный руководитель предложит еще подождать, будет требовать уточнений до тех пор, пока решение окажется запоздалым, а значит, и ненужным, или пока за него примет решение вышестоящий руководитель, или, наконец, решат, что делать, сами подчиненные.

Приведенные общие рассуждения являются в теории управления предметом специального изучения с привлечением определенных количественных и качественных показателей. При этом исходят из того, что всякое даже хорошее решение содержит некоторое пусть очень малое количество нежелательных последствий, которые могут, однако, с избытком компенсироваться положительными последствиями. Так, степень неприемлемости последствий того или иного решения принято измерять в условных единицах - потерях. При этом в качестве основной исходной информации, необходимой для принятия решения, считают функцию потерь, представляющую зависимость потерь от двух аргументов: решения и ситуации.

Далее осуществляется преобразование функции потерь в функцию риска, отражающую зависимость степени риска, на который идет лицо, управляющее процессом, от единственного аргумента - принимаемого решения. В качестве "лучшего решения" принимается решение, минимизирующее риск. Подчеркнем еще раз, что здесь понятие риска включает в себя и последствия плохого решения (потери). Поэтому принятие "обтекаемого" решения, казалось бы, не связанного с обычным (обыденным) пониманием риска, на самом деле увеличивает значение функции риска, так как подобное решение приведет, очевидно, к значительным потерям, а значит, будет плохим. Формальное исследование описанных задач, связанных с принятием решений в условиях неопределенности, производится в рамках теории статистических решений, исследования операций и теории игр.

Для того чтобы можно было фактически обеспечить такое уменьшение неопределенности, система управления должна располагать достаточным разнообразием управляющих воздействий. В конечном итоге любая система управления (техническая, биологическая, экономическая, социальная) для оптимизации процесса управления должна располагать достаточным набором управляющих воздействий, по сути нейтрализующих множество возмущающих воздействий.

У.Р. Эшби сформулировал закон необходимого разнообразия, который в наиболее краткой формулировке состоит в следующем: только разнообразие может уничтожить разнообразие. Сама задача управления в соответствии с рассмотренной концепцией может быть сформулирована как задача уменьшения разнообразия управляемой системы, в идеальном случае - как сведение множества ее состояний, возможных в результате влияния внешней среды или действия внутренних причин, к подмножеству, включающему лишь состояния, оптимальные по отношению к цели управления.

1.8. Автоматизированные и автоматические системы управления

В последние десятилетия получили широкое распространение автоматизированные и автоматические системы управления (АСУ). АСУ представляют собой совокупность экономико-математических методов, технических средств (ПЭВМ, средств связи, устройств отображения информации, передачи данных и т. д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (предприятием, технологическим процессом и т. д.). Наиболее важная цель построения всякой АСУ - резкое повышение эффективности управления объектом (производственным, административным и т. д.) на основе роста производительности управленческого труда и совершенствования методов планирования и гибкого регулирования управляемого процесса.

Примером реализации системы управления является следящая система. Следящая система - система автоматического регулирования (управления), воспроизводящая на выходе с определенной точностью входное задающее воздействие, изменяющееся по заранее неизвестному закону. Блок-схема, поясняющая общий принцип действия следящей системы, приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Блок-схема, поясняющая общий принцип действия следящей системы

Головка самонаведения ракеты должна удерживать цель строго по центру перекрестия. Приемник головки самонаведения ракеты на цель содержит четыре чувствительных сегмента: I, II, III, IV. Каждый сегмент воспринимает информацию в угле 90^°. Величина сигнала в сегменте i пропорциональна части площади объекта, попадающего в сегмент S_i этого сегмента. Цель, захваченная головкой самонаведения (выделена как малый диск), находится немного левее и ниже направления движения ракеты. В результате сумма сигналов от цели, воспринимаемая головкой самонаведения по горизонтали (по углу места), демонстрирует следующее соотношение:

S₁ + S₂ < S₃ + S₄

что означает необходимость повернуть управляющими рулями ракету вниз (чтобы уравнять сигналы в верхнем и нижнем полушарии головки S₁ + S₂ = S₃ + S₄). При этом величина управляющего сигнала равна по величине и противоположна по знаку разности сигналов в угломестной плоскости:

_ум= – [(S₃ + S₄) – (S₁ + S₂)].

Сумма сигналов от цели, воспринимаемая головкой самонаведения по вертикали (по азимуту), демонстрирует соотношение:

S₁ + S₃ > S₂ + S₄,

что означает необходимость повернуть управляющими рулями ракету вниз (чтобы уравнять сигналы в левом и правом полушарии головки S₁ + S₃ = S₂ + S₄). При этом величина управляющего сигнала равна по величине и противоположна по знаку разности сигналов в азимутальной плоскости:

_аз= – [(S₁ + S₃) – (S₂ + S₄)].

Расчет следящей системы при ее проектировании в целом основан на теории автоматического регулирования и управления. Одна из главных целей динамического расчета следящих систем - синтез корректирующих устройств исходя из заданных требований к качеству процесса управления.

Основы теории управления предполагают активный процесс познания общественных закономерностей, тенденций развития и разработку соответствующей программы деятельности. По мере развития общества объем и глубина использования объективных закономерностей возрастают, а роль и значение стихийных регуляторов сокращаются. Не все объекты и явления поддаются строгому регулированию. Вместе с тем хотя каждое из них во многом случайно, но в массе своей они носят статистический характер, и вероятность их наступления может быть более или менее точно исчислена. Это создает возможность учета и влияния на них.

Таким образом, основы теории управления предполагают осуществление субъектом управления ряда последовательных операций: подготовку и принятие решений (директив, планов, законов, правил и т. д.), организацию выполнения решений и контроль их выполнения, подведение результатов. Оно неотделимо от систематического обмена информацией между компонентами управляемой системы, а также управляемой системы с окружающей средой. Информация позволяет субъекту управления иметь представление о состоянии системы в каждый данный момент времени, о достижении (или недостижении) заданной цели, с тем, чтобы воздействовать на систему и обеспечить выполнение управленческого решения.