объектами

Законы и принципы кибернетики, используемые для построения эффективных систем управления экономическими

объектами

Для того чтобы создать эффективную систему управления необходимо использовать разработанные в кибернетике законы и принципы построения систем управления. Данные законы и принципы были сформулированы в работах ученых, занимавшихся разработкой теоретических положений кибернетики [3, 4, 5, 21, 51, 63 ]. Однако изучение функционирующих систем управления, включая системы управления экономическими объектами, показывает, что многие известные принципы управления не используются в реальной практике. Это указывает на необходимость увеличения пропаганды этих законов и принципов с разъяснением, возникающих при их внедрении особенностей и сложностей. В связи с этим ниже приводится перечень и изложение сути основных законов и принципов кибернетики, использование которых существенно помогает построить эффективные системы управления экономическими объектами и системы построения экономико-математических моделей. Перечень данных законов и принципов следующий:

1. Закон обратной связи.

2. Закон необходимого разнообразия.

3. Принцип внешнего дополнения.

4. Принцип эмерджентности

5. Принцип выбора решения.

6. Принцип декомпозиции.

7. Принцип иерархии управления.

Каждый из законов и принципов имеет свои особенности при применении в конкретных системах управления. Рассмотрим некоторые из них:

1. Закон необходимого разнообразия. Создание эффективных систем управления требует нахождения оптимального разнообразия состояний данных систем. Данное положение нашло отражение в виде закона необходимого разнообразия Эшби, который гласит, что «разнообразие состояний системы управления должно быть не менее разнообразия состояний управляемого объекта» [38, 62].

Разнообразие сложного объекта управления требует системы управления, которая сама обладает достаточным разнообразием. Целенаправленное поведение управляемого объекта достигается за счет увеличения разнообразия органа управления. Процесс управления при этом сводится к уменьшению разнообразия состояний управляемого объекта, к уменьшению неопределенности его поведения.

2. К закону необходимого разнообразия тесно примыкает и дополняет его принцип внешнего дополнения. Согласно данному принципу всякая система управления должна иметь "черный ящик", т.е. некоторый запас возможностей (ресурсов), с помощью которых можно обеспечить компенсацию заранее неизвестных воздействий внешней и внутренней среды.

Теоретическим подтверждением данного положения может служить теорема неполноты Геделя из математической логики. Согласно данной теореме для каждого множества аксиом можно найти такую теорему, которую нельзя ни опровергнуть, ни доказать без расширения круга исходных аксиом [19, 28]. Исходя из этого положения, Стаффорд Бир пишет: «… в силу теоремы неполноты Геделя любой язык управления, в конечном счете, недостаточен для выполнения поставленных перед ним задач, но этот недостаток может быть устранен благодаря включению «черного ящика» в цепь управления … чтобы формулировать решения, выраженные языком более высокого порядка … для построения истинных кибернетических машин, предназначенных для стратегических решений, затрагивающих все производство, этот принцип необходим. Я называю его принципом внешнего дополнения » [3].

Осуществление принципа внешнего дополнения существенно повышает эффективность функционирования системы и объекта управления. Для удержания объекта управления в диапазоне заданных значений выходных показателей необходимо наделить систему управления определенным уровнем возможностей, компенсирующих воздействие негативных факторов. При этом система управления должна иметь возможности не только использовать количественный запас ресурсов, но производить при необходимости структурные изменения, как в объекте управления, так и в самой системе управления. Сложность реального осуществления принципа внешнего дополнения состоит в трудности оценки величины и вида запаса ресурсов из-за неопределенности силы и направления воздействия заранее неизвестных факторов. Излишний запас ресурсов снижает эффективность функционирования системы управления в обычном режиме работы. Нахождение оптимального компромисса всецело зависит от искусства конструктора системы управления.

3. Закон обратной связи. Ключевой закон теории управления – закон обратной связи утверждает, что эффективное управление невозможно без наличия как прямой, так и обратной связи между объектом управления и системой управления, образуя при этом замкнутый контур [4, 22, 38]. Обратная связь – это воздействие результатов функционирования объекта управления на управление этим объектом. На основании информации, поступающей благодаря обратной связи, корректируются управляющие воздействия.
При этом основной ролью обратной связи являетсявосстановление нормальной работы, нарушенной внешними и внутренними факторами, т. е. способности системы к саморегулированию и самоорганизации (адаптации).

Различают два вида обратной связи:

─ отрицательная связь, которая уменьшает влияние входной величины на выходную величину, стремясь установить и поддержать некоторое устойчивое динамическое равновесие;

─ положительная связь, увеличивающая влияние входной величины на выходную величину, тем самым, создавая неустойчивое динамическое равновесие.

Соответственно закон обратной связи может быть отражен в виде схемы, представленной на рисунке 1.1. Как видно из рисунка, суть закона состоит в том, что система управления получает информацию о выходных показателях через канал обратной связи. Если обратная связь отрицательная, то величина ∆X(t) = X(t) - Y(t). При положительной связи ∆X(t) =
X(t) + Y(t).

Основное требование при создании канала обратной связи состоит в том, чтобы поступающая в систему управления информация отвечала следующим свойствам: достоверность и полнота; ценность и актуальность; ясность и понятность.

Y(t)

Рисунок 1.1. Схема реализации закона обратной связи

Однако достаточно часто данные требования не выполняются в достаточной мере. Это происходит в том случае, когда в канале обратной связи появляются инерционные звенья или звенья чистого запаздывания. Появление таких звеньев нарушает работу всей системы вплоть до нарушения её устойчивости и возникновения колебательных процессов. Другой существенной причиной, снижающей качество работы канала обратной связи, является возникновение помех в виде неконтролируемых воздействий на канал обратной связи.

4. Принцип эмерджентности. Указывает на целостность системы, которая проявляется в том, что система имеет свойства, отсутствующие у составляющих ее элементов. Возникновение у высокоорганизованной системы новых свойств происходит благодаря так называемым синергическим связям между элементами, обеспечивающими увеличение общего эффекта до величины, большей, чем сумма эффектов независимых элементов системы. В связи с этим возникает необходимость анализа поведения не только отдельных частей изучаемой системы, но и в обязательном порядке системы в целом.

При создании новой системы управления необходимо производить проверку, насколько органично вписываются в систему ее отдельные части (подсистемы) и обладает ли создаваемая система новыми свойствами, необходимыми для ее успешной работы. Таким образом, фактически проверяется, является ли изучаемая или создаваемая система действительно организованной системой с синергическими связями между подсистемами или является конгломератом отдельных независимых подсистем.

5. Принцип выбора решения. Для принятия оптимального решения необходимо иметь несколько вариантов решения. Наличие многовариантных реакций в ответ на конкретную ситуацию, обеспечивает принятие оптимального решения для конкретного случая. Этот принцип учитывает взаимосвязанность и обусловленность количественных и качественных изменений.

Для практической реализации принципа выбора решений необходимо иметь встроенные в систему управления подсистему распознавания складывающейся ситуации и подсистему поиска вариантов оптимальных решений при разных критериях оптимальности. Реализация таких подсистем зависит от назначения объекта управления и ряда других условий. Построение на практике таких подсистем может варьироваться от экспертных систем на базе нейронных сетей, до жестких детерминированных систем.

6. Принцип декомпозиции. Управляемый объект всегда можно рассматривать как состоящий из относительно независимых друг от друга подсистем (частей). Расчленение объекта управления на относительно независимые звенья, а самой системы управления на отдельные управляющие подсистемы, обеспечивает возможность эффективного управления объектом. Успешность использования принципа декомпозиции зависит от изученности объекта и системы управления и объективной оценки степени допустимой независимости работы отдельных управляющих подсистем в тех или иных реальных условиях функционирования объекта управления.

7. Принцип иерархии управления. Под иерархией управления понимается многоуровневое управление объектом управления. При этом нижние уровни управления отличаются быстротой переработки поступающей информации и высокой скоростью выдачи управляющих команд. По мере повышения уровня иерархии реакция замедляется, но выдаваемые команды отличаются большим разнообразием. Разрабатываются они уже не в темпе поступления информации, а могут включать в себя этапы анализа, сопоставления, разработку различных вариантов команд.

Многоступенчатая схема управления обеспечивает экономичность и устойчивость системы управления. Основной проблемой при создании иерархичных систем управления является определение оптимального числа уровней и количество звеньев в каждом уровне. Критерием оптимальности в этом случае служит степень загруженности информацией каждого звена, скорость и глубина преобразования информации в звене. Главными недостатками в работе иерархичных систем управления являются существенное снижение скорости поступления информации на верхний уровень управления и возрастание вероятности искажения передаваемой информации. Разработка эффективных мер по снижению или исключению данных недостатков должна быть одной из первостепенных задач конструктора системы управления.

Поиск по сайту: