Кибернетические основы управления

     В конце 70-х годов началось формирование информатики как самостоятельной  науки, что привело к определенному  принижению роли и значения кибернетики. В настоящее время наметилась другая крайность: некоторые специалисты  стали рассматривать кибернетику  в качестве части информатики, что  принципиально неверно.

     Огромная  заслуга американского учёного  Норберта Винера и его последователей состоит в том, что установлена  общность принципов управления в  сложных системах живой и неживой  природы. Винер дал обширную логико-функциональную трактовку регулирования (управления), назвав его кибернетикой.

     В.М. Глушков рассматривал кибернетику  как науку «об общих законах  преобразования информации в сложных  управляющих системах».

     При этом исследовалась зависимость  между управлением и информацией. Любой системе управления объективно присущи информационные связи. Информационная модель социального управления отражает совокупность информационных потоков, которые обусловлены решением поставленных (управленческих) задач. 

     5 Теория управления 

     Теория  управления — это наука о принципах и методах управления различными системами, процессами и объектами.

     Основами  теории управления являются кибернетика и теория информации.

     Суть  теории управления: на основе системного анализа составляется математическая модель объекта управления (ОУ), после чего синтезируется алгоритм управления (АУ) для получения желаемых характеристик протекания процесса или целей управления.

     Данная  область знаний хорошо развита и  находит широкое применение в  современной технике. В социально-экономических  системах управление является деятельностью  по организации деятельности.

     Определение и задачи

     Кибернетика установила, что управление присуще только системным объектам. Общим в процессах является его антиэнтропийный характер, направленность на упорядочение системы.

     Процесс управления можно разделить на несколько  этапов:

1. Сбор и обработка информации.
2. Анализ, систематизация, синтез.
3. Постановка на этой основе целей. Выбор метода управления, прогноз.
4. Внедрение выбранного метода управления.
5. Оценка эффективности выбранного метода управления (обратная связь).

     Конечной  целью теории управления является универсализация, а значит согласованность, оптимизация  и наибольшая эффективность функционирования систем.

     Методы  управления

     Методы  управления, рассматриваемые теорией  управления техническими системами  и другими объектами, базируются на трех фундаментальных принципах: принцип разомкнутого управления, принцип  компенсации, принцип обратной связи.

     Управление  можно разделить на два вида:

• стихийный: воздействие происходит в результате взаимодействия субъектов (синергетическое управление);
• сознательный: планомерное воздействия объекта (иерархическое управление).

     При иерархическом управлении цель функционирования системы задается её надсистемой.

     Примеры современных методов управления:

• Нелинейное управление
• Теория катастроф
• Адаптивное управление
• Построение оптимальных робастных регуляторов
• Игровые методы в управлении
• Интеллектуальное управление
• Достаточно общая теория управления

     Внедрение выбранного метода управления

     При внедрении чего-нибудь нового всегда существует предрасположенность к  возникновению революционной ситуации, когда «верхи не могут управлять  по-новому, а низы не желают жить по-старому». Поэтому должен быть разработан также  алгоритм переходного процесса, который  обеспечил бы бесконфликтный переход  систем к новому для них виду функционирования.

     Классификация

     Имеются четыре наиболее общих подхода к  теории управления:

• Процессный подход основывается на идее существования некоторых универсальных функций управления.
• Системный подход сложился на базе общей теории систем: система — это некая целостность, состоящая из взаимозависимых подсистем, каждая из которых вносит свой вклад в функционирование целого.
• Ситуационный подход рассматривает любую организацию как открытую систему, постоянно взаимодействующую с внешней средой, следовательно, и главные причины того, что происходит внутри организации, следует искать вне её, то есть в той ситуации, в которой она реально функционирует.
• Универсальный подход сложился на базе научной школы Универсологии, теории Универсального управления, теории переходных процессов, теории относительности сознания, и рассматривает любую систему в совокупности ее вертикальных и горизонтальных связей.

     История

     Поскольку самыми главными проявлениями управления являются государство и власть, то наука об управлении издревле была объектом повышенного внимания.

     Теория (автоматического) управления техническими системами появилась во второй половине XIX в. В связи с развитием паровых  машин, потребовались регуляторы, которые  могли бы автоматически поддерживать установившийся режим их работы. Универсальность математических методов, полученных в данной теории, перевела ее в область наук, занимающихся изучением абстрактных математических объектов, а не их конкретных технических реализаций. Родоначальником непосредственно «математической теории управления» можно считать Александра Михайловича Ляпунова. 

     6 Основные категории и законы управления 

     Основные постулаты кибернетики сводятся к следующему. Сложные системы, состоящие из множества частных, автономных подсистем, не могут существовать и успешно функционировать без органа управления; в его отсутствие эти системы приобретают свойства дисфункции. В конечном счёте они разрушаются, перестают существовать как самостоятельные объекты. В основе проектирования систем управления лежит информация о том, что хочет субъект от объекта, т.е. каковы его цели. Именно эта система объединяет объект и систему управления. Процесс постановки целей предшествует всей управленческой процедуре и потому в значительной мере формирует её. Существуют следующие типовые способы управления и регулирования:

• Путём выравнивания отклонений управляемого объекта от заданных параметров;
• Посредством компенсации возмущений (помех);
• Посредством устранения возмущений.

     Н. Винер и другие учёные указали на тесную связь между понятием управления и информацией. Всякое управление основано на сборе, переработке и использовании информации (информационных ресурсов), которая циклирует в каналах прямой и обратной связи.

     Работа с информационными ресурсами включает:

• Их размещение в различных регионах страны;
• Выявление информационных потребностей, в том числе создание их типологии;
• Организацию распространения информации согласно потребностям;
• Оценку эффективности использования информационных ресурсов.

     Для кибернетики и информатики принципиальное значение имеют следующие понятия:

• Первый понятийный ряд. Управление, система управления, субъект управления, объект управления, алгоритм управления, система, структура.
• Второй понятийный ряд. Цель, целеполагание, потребность., интерес, эффективность оптимальность., критерии и показатели эффективности и оптимальности.
• Третий понятийный ряд. Информация, потоки информации, прямая и обратная связь.

 

     7 Понятие управления. Кибернетика 

     Жизнедеятельность любого организма или нормальное функционирование технического устройства связаны с процессами управления. Процессы управления включают в себя получение, хранение, преобразование и  передачу информации.

     В повседневной жизни мы встречаемся  с процессами управления очень часто:

• пилот управляет самолетом, а помогает ему в этом автоматическое устройство- автопилот;
• директор и его заместители управляют производством, а учитель - обучением школьников;
• процессор обеспечивает синхронную работу всех узлов компьютера, каждым его внешним устройством руководит специальный контроллер;
• без дирижера большой оркестр не может согласованно исполнить музыкальное произведение, а хоккейная или баскетбольная команда обязательно имеет одного или нескольких тренеров, которые организуют подготовку спортсменов к соревнованиям.

     Управление - это целенаправленное взаимодействие объектов, одни из которых являются управляющими, а другие - управляемыми. Модели, описывающие информационные процессы управления в сложных системах, называются информационными моделями процессов управления. В любом  процессе управления всегда происходит взаимодействие 2-х двух объектов - управляющего и управляемого, которые coединены  каналами прямой и обратной связи. По каналу прямой связи передаются управляющие  сигналы, а по каналу обратной связи - информация о состоянии управляемого объекта.

     Процесс управления имеет определенные общие  закономерности. Их изучением занимается специальная наука, которая называем кибернетикой. Основоположником кибернетики  считается американский ученый Норберт  Винер. Большой вклад в развитие теоретической и прикладной кибернетики  внесли русские ученые: академики A. Берг и В. Глушков. 

     8 Управление как информационный процесс 

     Управление является информационным процессом. Действительно для принятия тех или иных решений и их реализации требуете, постоянно производить различные действия с информацией: получить и обработать данные о состоянии регулируемого объекта и окружающее его среды, передать контролируемому объекту управляющие команды для изменения его состояния в соответствии с целью управления. Часто при организации процесса управления требуется также хранить поступающую информацию, для того чтобы использовать ее в дальнейшем. Таким образом, в ходе управления применяются все наиболее важные виды работы с информацией, фигурирующие в определении информационного процесса.

     Необходимо отметить, что первоначально все исследования в области информации относились к кибернетике. Однако с развитием науки область ее проблем расширялась, изучались все новые аспекты работы с информацией. В результате возникла более общая наука - информатика, в которую в качестве составной части вошла кибернетика.

     Системы, изучаемые в кибернетике, могут быть очень сложными, включающими в себя множество взаимодействующих объектов. Однако для понимания базовых понятий теории можно обойтись простейшей из таких систем, которая содержит всего два объекта - управляющий и исполнительный (управляемый). Примером может служить, например, система, состоящая из светофора и автомобиля.

     Значение цели и информации в процессе управления

<