Информационные основы процессов управления

Решаемые задачи:

• Вычислительные;

• Логические;

• Задачи управления.

Задачи управления

• Зачем выполняется управление?• Какова цель управления?• Каков ожидаемый результат?

Управление – такая организация процесса, которая ведет к достижению поставленной цели.

Для задач управления главное, надо знать:

Особенность задач управления:

• Возможно не одно решение;

• Информация о процессе и обстановке бывает неполной.

Способы организации процесса управления(способы достижения цели):

• Стратегия (военное дело);

• План (административно-хозяйственная сфера);

• Решение (техническая сфера);

• Вариант;

• Альтернатива;

• Рецепт;

• …

Путей достижения цели управления может быть много, но двигаться можно лишь по одному пути.

Поэтому необходимо выбрать оптимальный вариант.

Для определения лучшего варианта решения пользуются критерием эффективности, или целевой функцией.

Критерий эффективности, или целевая функция

Назначение целевой функции не в том, чтобы заменить цель, а в том, чтобы выяснить предпочтение тому или иному пути достижения основной цели системы. Целевую функцию т.е. критерий эффективности процесса и цель нельзя путать.

Цель обязательно должна быть достигнута.

Поэтому нужно рассматривать все возможные пути ее достижения, а выбрать из них самый удачный позволяет критерий.

Например,

Из всех способов нужно выбрать тот, который является в каком-то смысле наилучшим, например, требует минимальных затрат на свое осуществление. Т.о. критерий – затраты на внедрение.

Но ни в коем случае минимизация затрат не является целью данной производственной системы. Если бы снижение затрат было целью, то не было бы ни увеличения производства, ни увеличения качества продукции, т.к. ничего не делать обходится дешевле всего. На этом этапе!

пусть целью производственной системы является увеличение выпуска продукции.

Способы: Увеличить число рабочих; Механизировать трудоемкие процессы; Внедрить автоматику; …

Цель выпадает из рассмотрения и подменяется целевой функцией главным образом потому, что люди обычно имеют интуитивное представление о цели и им часто кажется , что и все окружающие понимают цель точно так же, как и они.

Но даже в простых случаях разные люди одну и ту же ситуацию оценивают по разному и соответственно ставят разные цели.

После выбора цели остается только найти критерий для выбора подходящего варианта достижения цели.

Хорошая формулировка цели сама по себе содержит направление ее достижения

Четкая постановка целей – это ключ к достижению успеха, одна из гарантий эффективного управления и удачного завершения всей работы. Выбрать правильную цель гораздо важнее, чем создать правильную систему, т.к. неправильная система – это не лучшая, не оптимальная, но все-таки выполняет поставленные цели. Если же выбрана неправильная цель, то и система будет не та и цель окажется невыполненной.

Хорошо поставить задачу – наполовину решить ее

Общее всех задач управления (машинами или механизмами, предприятиями или учреждениями, …) – имеются коллективы людей, (…), которые добиваются достижения какой-то определенной цели.

Управление коллективами осуществляет руководитель (менеджер), отдавая устно или письменно распоряжения, указания приказы.

Управление механизмами – путем нажатия кнопок, или иное механическое воздействие.

Однако и руководство людьми и управление механизмами должно приводить к достижению цели, а основой управления является принятие решения.

Когда нужно принимать решение большое значение имеет практический опыт. Не только собственная практика лица, принимающего решение, но и чужой опыт описанный в книгах, инструкциях, руководствах и т.д.

Однако никогда не бывает совершенно одинаковых ситуаций, поэтому принимать решение всегда приходится в условиях неполной и недостающей информации. Недостающую информацию пытаются получить используя предположения, результаты научных исследований, изучения на моделях.

Научно обоснованная теория управления – набор методов пополнения недостающей информации об управляемом процессе, о том, как поведет себя объект управления при выбранном воздействии.

Основная задача современной науки – оценить различные стратегии, обеспечивающие достижение цели, предсказать поведение системы в будущем. Для этого необходимо получить как можно больше информации об управляемых объектах и процессах, включая и особенности их будущего поведения.

Стремление это может быть удовлетворено только одним способом – путем исследования интересующих нас свойств на моделях.

Модель: позволяет сформулировать упрощенное

представление об объекте, сохраняя лишь те свойства, которые наиболее существенны при данном рассмотрении;

позволяет получить нужные результаты намного проще и быстрее, чем при изучении самого объекта.

Модели:

• Масштабные – соблюдается геометрическое подобие оригинала и модели, но натуральные значения всех размеров умножаются на постоянную величину.

• Аналоговые. Исследуемые процессы изучаются по аналогичным явлениям, т.е. процессам, иную физическую природу, но которые описываются такими же математическими соотношениями. (Аналогии между механическими, тепловыми, электрическими и др. явлениями).

• Математические. Математической моделью называют формальную зависимость между значениями параметров на входе моделируемого объекта или процесса и выходными параметрами. При математическом моделировании отвлекаются (абстрагируются) от конкретной физической природы объекта и происходящих в нем процессах и рассматривают преобразование входных величин в выходные.

• Компьютерные.

Информация и кибернетика

Kybernetes (греч) – “искусство управления”Kybernetes (лат) – “кормчий”

В 1948 г. Вышла книга американского математика Норберта Винера «Кибернетика и связь в животном и машине». Она провозгласила рождение новой науки – кибернетики.

Кибернетика – наука об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах.

Все традиционные науки о Природе (физика, химия, биология) стараются как можно глубже заглянуть в объекты своего изучения. И чем глубже проникает каждая из этих наук в свой предмет, тем сложнее картина, раскрывающаяся перед ней. Все ученые давно уже поняли, что «дна» у этих наук нет.

Кибернетика также имеет дело со сложными объектами: машинами, живыми организмами. Но она не стремится разобраться в их внутреннем механизме. Кибернетику интересуют процессы взаимодействия между сложными объектами. Такие взаимодействия рассматриваются как процессы управления.

В кибернетике впервые появился термин «черный ящик»

«Черный ящик»Кибернетический

объект

Входная

информация

Выходная

информация

Сложный объект, внутреннее устройство, которого мы не знаем, или оно для нас несущественно

«Черный ящик»Кибернетический

объект

Информацией с точки зрения кибернетики является содержание передаваемых сигнальных последовательностей

Передача сигналов требует определенных материальных и энергетических затрат. Однако содержание сигналов не зависит от затрат вещества и энергии.

Информация между кибернетическими системами передается в виде некоторых последовательностей сигналов

Управляемаясистема

«Черный ящик»

Информационное

взаимодействие

Управляющий объект

Управление и кибернетика

Кибернетика рассматривает взаимодействие между управляющим и управляемым объектами как

информационный процесс

Управляющий объект

Управляемый объект

Управляющее

воздействие

Управление – целенаправленное воздействие одних объектов, которые являются управляющими на другие объекты – управляемые.

С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления

Управляющий объект

Управляемый объект

(исполнитель)

Управляющее

воздействие

В таком случае:

Алгоритм управления

Управляющий объект

Управляемый объект

(исполнитель)

Прямая

связь

Схема управления без обратной связи

Алгоритмы – только линейные

Например: светофор автомобили

Существуют две схемы управления:

Управляющий объект

Управляемый объект

(исполнитель)

Прямая

связь

Обратнаясвязь

Управляющий объект не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии.

Обратная связь – это процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему объекту.

Алгоритмы: линейные, ветвящиеся, циклические.

Схема системы управления с обратной связью

Управление с обратной связью называют адаптивным управлением

Принципы управления были «открыты» людьми самостоятельно, не копируя Природу. И лишь совсем недавно было понято – Природа уже давно «открыла» то, что люди считали своим гениальным изобретением.

Интуитивно люди давно использовали принцип обратной связи (поведение рулевого на любом судне). Первая техническая система, в которой сознательно использован принцип обратной связи – регулятор Уатта.

Принципы управления, которые использует Природа значительно более разнообразны и глубоки. Наличие отрицательных обратных связей – основная, главная особенность отличающая живую природу от неживой. За 15 лет до работ Винера, П.К. Анохин утверждал, что наличие отрицательных обратных связей создает у живых существ основу для целеполагания – стремление к сохранению своего гомеостаза.

А.А. Богданов в 1911 г. В книге «Всеобщая организационная наука и текстология», указал, что для развития любой организационной структуры (социальная, биологическая) необходимы не только отрицательные, но и положительные обратные связи. (Без указания термина «обратная связь»)

Центробежный регулятор парового двигателя

Скорость двигателя

Вращение регулятора

Подача пара

+

-

+

Расстояние между

отвесами+

Петля обратной связи для центробежного регулятора

Системы, в которых роль управляющего поручается компьютеру, называются автоматическими системами с программным управлением.

Для функционирования такой системы:

• между ЭВМ и объектом управления должна быть прямая и обратная связь;

• в память компьютера должна быть заложена программа управления (алгоритм написанный на языке программирования).

Темы для исследования:

Исследуйте конкретную задачу управления с позиции: зачем выполняется управление; какова цель управления; каков ожидаемый результат(ы). Как вы назовете предложенный вами способ решения?

Поясните на конкретном примере как соотносятся друг с другом цель и целевая функция.

Исследуйте природный процесс с точки зрения процессов управления.

Исследуйте роль положительных и отрицательных обратных связей в процессах управления.

Вопросы для контроля