ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 127
Скачиваний: 0
систем можно с большой точностью управлять такими слож ными техническими системами, как электронно-вычислительные машины, воздушные лайнеры и т. п.
В е р о я т н о с т н ы е системы характеризуются отсутствием такой стабильности в переходе из заданного в желаемое состоя ние под влиянием определенного управляющего воздействия. В системах такого свойства определенное управляющее воздей ствие может перевести систему не строго в одно, а в одно из нескольких возможных состояний. При этом при многократном проведении такого опыта переходу системы в определенное со
стояние будет соответствовать |
определенная частота. Поэтому |
Детерминиро |
|
ванная систе- |
Вероятностная система |
м а . |
|
РИС. 25.
Схемы детерминированной и вероятностной систем
о последующем состоянии системы такого качества, как ответ на определенное управляющее воздействие, можно предполагать лишь с определенной степенью вероятности. Принципиальное различие этих систем представлено на рис. 25. Из схемы видно, что в детерминированной системе переход каждого элемента си стемы под управляющим воздействием из одного состояния в другое происходит однозначно, т. е. строго определенно. В си стеме вероятностного свойства такая однозначность отсутствует. Под влиянием определенного управляющего воздействия каж дый элемент такой системы может перейти в одно из нескольких возможных состояний. Однако в связи с тем что при много кратном повторении таких переходов каждому исходу будет соответствовать некоторая частота (Р), представляется возмож ность с определенной вероятностью предвидеть состояние таких систем и на этой основе осуществлять управление ими. К веро ятностным системам относятся все экономические объекты, и, хотя всем им присуща неопределенность, это не исключает орга низации вполне эффективного управления на основе использо вания их вероятностных, свойств.. При этом следует подчеркнуть значительно более вероятностный характер сельскохозяйствен
но
ного производства по сравнению с промышленностью, что обус ловливает и более высокую сложность в управлении первым.
Число управляемых величин, на которые производственная система может влиять в процессе своего функционирования, определяет ее с т е п е н ь с в о б о д ы . Снятие ограничений рас ширяет возможности производственных систем в целенаправ ленных структурных и организационных преобразованиях. Однако вследствие недостаточности языка управления в преде лах одной производственной системы, в частности неполноты ло кального оптимума, управление всякой производственной си стемой должно сообразовываться с управлением систем более высокого порядка.
Отметим, что биологические механизмы управления яв ляются гомеостатами. Классическим примером такого меха низма является механизм гомеостазиса температуры крови чело века. Но гомеостазис управляет и численностью животного мира в природе. В природе, например, достаточное количество гусе ниц для прокормки птиц (которые, поедая их, тем самым огра ничивают численность гусениц) и для уничтожения раститель ности (что ограничивает ее развитие), а также для появления достаточного числа бабочек и мотыльков. Таким образом, в этой общей системе развитие отдельной системы (гусениц, птиц, рас тительности) подчинено закону более высокого порядка. В эко номике мы также часто наблюдаем явления, когда локальный подход к решению тех или иных задач, который ведет к частной оптимизации производства в отдельных отраслях либо пред приятиях, нередко приводит к нежелательным явлениям в раз витии всей экономической системы. Так, например, недостаточ ная интенсификация кормопроизводства при достаточно высо ком приросте поголовья скота привела к отставанию отрасли животноводства, что неблагоприятно сказывается на развитии экономики.
В управлении системами могут возникать ситуации, которые не поддаются решению на основе информации, поступающей в систему из окружающей среды, и способов ее преобразования, вытекающих из целесообразности развития локальной системы. Так, исходя из сложившихся закупочных цен и цели повы шения эффективности общественного производства, реализация принципа саморегулирования колхоза, совхоза может привести, например, к значительному расширению посевных площадей подсолнечника за счет сокращения производства кормов и жи вотноводческой продукции. Это неизбежно приведет к наруше нию пропорций во всей экономической системе — народном хо зяйстве. Поэтому управление системами должно строиться не только на моделях, отражающих достаточно точно поведение системы при тех или иных условиях и управляющих воздей ствиях, т. е. в управлении системой недостаточно пользоваться только тем языком, с помощью которого отражается природа
151
управляемой системы. В этом состоит один из принципов прикладной кибернетики. Он сводится к тому, что в силу «тео ремы неполноты» Гёделя любой язык управления в конечном счете недостаточен для выполнения поставленных перед ним задач.
В настоящее время аксиоматически признается, что язык, на котором дается описание структуры системы, не обеспечивает полного обоснования всех возможных особенностей в ее пове дении, в частности, когда на нее воздействуют не предусмотрен ные информационным описанием возмущения (например, кор ректировка производственной программы предприятия извне, которая не может быть объяснена моделью, на основе которой осуществлялось управление функционированием колхоза, сов хоза). В этом случае внешними воздействиями в системе порож даются настолько сложные и неясные взаимодействия ее элементов, что они не могут быть разрешены на основе исполь зования того языка, с помощью которого было отражено функ ционирование системы. Система при этом переходит в такое состояние, для которого язык управления стал совершенно неоп ределенным. Более того, развитая в математике теория показы вает, что любая попытка исправить положение за счет усовер шенствования языка управляющей системы не может гаранти ровать того, что при использовании этого усовершенствованного языка не возникнет неразрешимой задачи.
Чтобы обосновать все возможные преобразования, например, экономической системы, ее нужно поместить в другую, более полную систему (отрасль, народное хозяйство), воспользо ваться языком этой более полной системы для описания поведе ния первой. Язык второй системы по отношению к первой будет
метаязыком, а этот |
прием носит название |
п р и н ц и п а |
в н е ш |
него д о п о л н е н |
и я . Он реализуется |
посредством |
включе |
ния в цепь управления «черного ящика». Назначение «черного ящика» состоит в том, чтобы формулировать решения, выражен ные языком более высокого порядка, которые не могут быть получены посредством использования языка управляющей си стемы. Это внешнее дополнение может выражаться в задании определенных таблиц направленных переходов системы при до стижении определенного состояния, которые не вытекают из модели функционирования системы, но которые определяют ее поведение. Так, по отношению к рассматриваемому примеру извне может быть определено, что посевы подсолнечника в хо зяйстве не могут превышать 7% в структуре посевных площа дей. Так как это требование не может быть объяснено с позиций предприятия, но должно быть обязательно учтено при форми ровании производственной программы, оно может рассматри ваться тем регулирующим воздействием, которое формируется «черным ящиком», т. е. как такое, которое не может быть пол ностью объяснено теми принципами и той информацией, на ко
152
торых осуществляется процесс управления данной производ ственной системой.
Схематически реализация принципа внешнего дополнения представлена на рис. 26. Превращение факторов производства в продукт, осуществляемое в производственном процессе, может быть отражено посредством модели. На схеме связь модели с действительными факторами представлена пунктирной линией со знаком А, указывающим на приближенное соответствие мо дели и реальной действительности. На основе использования модели может быть разработан план производства, а последний
а) |
6) |
РИС. 26.
Схема внешнего дополнения
реализован в процессе производства. Эта связь отображена пунктирной линией со знаком приближенного соответствия В. Воплощение плана в жизнь отражено линией в нижней части
схемы.
Существенное изменение факторов производства, их струк туры отразится на процессе производства, что должно найти отображение и в соответствующей корректировке модели и плана. Это выражено связью между факторами .и моделью. Схема «а» обладает способностью управления в том отноше нии, что если соответствие А отображает реальные условия, то план, рассматриваемый как аппроксимация В действительного производства, также будет осуществим. В случае изменения фактора обратная связь (верхняя линия схемы «б») позволит внести соответствующие изменения в модель. Устойчивость управляющего устройства можно выразить через эффективность перехода от модели к плану по линии, обозначенной С. Следо вательно, управляющее устройство можно считать устойчивым тогда, когда переход С выполняется идеальным образом. Теперь
153
допустим, что извне вносятся изменения в план (ВВ), который затем реализуется в производстве за счет его внутренних ресур сов. При этом изменений во внешних факторах производства не произошло. Поэтому на схеме не отображено влияние процесса производства на факторы. Но при этом устойчивость пере хода С уже не остается прежней, а устойчивость системы управ ления определялась именно этим переходом. В этом случае в схеме «а» возникает несоответствие между моделью, на базе которой может быть сформирован определенный план, и тем планом, который действительно реализуется в производстве. При этом действительно реализуемый план не может быть получен с помощью управляющей системы, и в последней возникает не определенность, т. е. язык управляющего устройства в этом слу чае страдает неполнотой, так как модель не реагирует на некоторые возмущения, влияющие на производство.
В целях преодоления неполноты системы управления в нее включается «черный ящик». Посредством его достигается соот ветствие отражений А -я В таким образом, что между ними уста навливаются коррелирующие связи г. Наличие в этом случае в системе управления контура обратной связи, обеспечивающей изменение перехода С от фиксированной модели к вырабаты ваемому плану в соответствии с изменением корреляции г, обеспечивает полноту управляющей системы.
Система и модель механизма управления. На основе рас смотренного можно представить принципиальную общую мо дель процесса управления, обладающую довольно высокой сте пенью общности. Цели функционирования управляемой системы количественного и качественного содержания могут быть отра жены с помощью ряда показателей, которые составляют выход системы. Итак, выход системы может быть представлен множе ством показателей {X}. Управляемая система под воздействием ряда внешних воздействий {М} может изменять свой выход. Состояние выхода отражается определенной информацией. Для этого в системе управления используется орган (устройство) измерения, посредством которого осуществляется фиксирование (снятие) информации о состоянии выхода объекта, а также ее преобразование в удобный для дальнейшего использования вид. Получаемое от комбайна количество зерна отражается в цент нерах, обороты колеса автомобиля преобразовываются на спи дометре в километры, измеряющие скорость движения, количе ство тепла отражается в градусах.
Полученная информация о состоянии выхода системы по ступает в орган управления. В этот элемент системы управле ния поступает также программная информация о необходимом состоянии выхода системы. Для выработки программы управле ния используется программный орган (программное устрой ство). Такой программной информацией являются, например, код наследственности, правила уличного движения, план разви
154
тия производства либо распоряжения соответствующих органов по его регулированию. Вырабатываемая органом управления информация о необходимых воздействиях по регулированию со стояния системы передается исполнительному органу. Послед ний на основе полученной информации реализует соответствую щие управляющие воздействия, позволяющие изменить выход системы, состоящий из множества величин {У}, таким образом, чтобы привести выход системы в заданное программой состоя ние. Эта принципиальная схема механизма управления отра жена на рис. 27.
Так, при рассмотрении в качестве системы посевного агре гата тракторист как элемент системы управления работой агре-
РИС. 27.
Модель системы управления
гата будет выполнять функции и органа информации, и про граммного органа, и органа управления, а его команды на со ответствующем машинном языке будут передаваться исполни тельным органам, которыми в этой системе являются трактор и сеялка. Если же мы в качестве элементарного элемента си стемы будем рассматривать посевной агрегат с обслуживаю щим его персоналом, то в этой системе более высокого порядка посевной агрегат совместно с трактористом будет выступать органом, реализующим заданные ему агрономом, бригадиром управляющие воздействия. Таким образом, взаимодействующие элементы в пределах (контуре) определенной системы сами по себе могут являться сложными системами. Человек, который входит в рассматриваемый элемент системы, сам является очень сложной биологической системой. Таким образом, определенная система может состоять из множества элементов, каждый из которых сам может являться довольно сложной системой, но в данной системе составляет ее элементарный элемент. Систе мам, по крайней мере меняющим свое состояние, принадлежит
155
\
соответствующая система управления. Если соединение взаимо действующих элементов в рассматриваемой их совокупности составляет контур системы, то каждому такому контуру си стемы принадлежит определенная система управления. Опреде ленной иерархии (совокупности) системы принадлежит опре деленная иерархия систем управления. Такая иерархическая структура систем позволяет осуществлять процесс управления ими в пределах соответствующих иерархических контуров си стем, т. е. изменять состояние выхода системы в определенном ее иерархическом контуре и вырабатывать воздействия по регу лированию выхода системы в пределах этого же контура. Так, воздействующие решения агрономом принимаются к множеству растений в пределах определенного контура, например поля пшеницы, а не к отдельному растению. Управление переле том птиц осуществляется в пределах определенного контура си стемы, составляющего стаю птиц.
Хорошо известны иерархические контуры производственных систем: предприятия, района, треста, области и т. д., а также осуществляемое в пределах этих контуров управление их со стоянием и развитием.
Система управления. Управляемый объект (управляемая си стема) и обслуживающий его управляющий орган (определяю щая система, управляющее устройство) образуют систему управления. Получая необходимую для управления информа цию Z, управляющий орган (УО) вырабатывает приказы (сиг налы) управления, которые, реализуясь через исполнительные органы (ИО), изменяют управляющие воздействия на объект управления (ОУ), последние компенсируют возмущения внеш ней среды (М) и позволяют привести (ОУ) в требуемое состоя ние (X). Роль исполнительного органа может выполнять, напри мер, гидроподъемник, переводящий по сигналу тракториста плуг из рабочего в транспортное положение, и сам тракторист, выполняющий указания агронома об установлении сеялки на большую норму высева, и т. д.
Принципиальная схема процесса управления может быть представлена так. На объект управления (см. рис. 27) влияют определенные внешние воздействия, которые при неменяющихся входе и режиме функционирования объекта управления будут изменять выход системы, представленной в виде рассматривае мого объекта управления. Такую посылку можно принять, на пример, исходя из всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Если на объект управления будет действовать энергия из внешнего мира в форме возмущений, то при неизменных условиях входа и функционирования системы в случае, когда система полностью не защищена от внешних возмущений, их воздействие должно проявиться в изменении выхода системы. В противном случае воспринимаемая системой из внешнего мира энергия исчезла бы, что противоречило бы общему закону
156