Проблема управления активными объектами

Это означает, что активную систему можно упрощенно представить в виде двухуровневой модели: т.е. суперпозиции, объединения двух систем (рисунок 1.2):

1. Интеллектуальной информационной системы (ИИС), обеспечивающей целеполагание, накопление информации (мониторинг), ее интеллектуальный анализ, прогноз развития себя и окружающей среды, принятие решений.

2. Сложной системы поддержки функций (ССПФ) ИИС и реализации управляющих воздействий.

Понятие рефлексии: из определения активной системы непосредственно следует, что они действуют на основе определенной сформированной и постоянно модифицируемой ими модели самих себя и окружающей среды, причем в модель окружающей среды входит и модель внешней автоматизированной системы управления (АСУ), которая оказывает воздействие на активную систему.

Итак, в связи с тем, что активные системы рефлектируют, управление ими может быть только рефлексивным. Нерефлексивные адаптивные модели в случае управления активным объектом управления просто не обеспечивают необходимого уровня адекватности, так же как линейные модели непригодны для управления существенно нелинейными процессами.

Поэтому предлагается новое понятие: "рефлексивная АСУ" (РАСУ), – это АСУ, в которой в качестве объекта управления выступает активная система, т.е. это АСУ активным объектом управления (АОУ): РАСУ АОУ.

Новизна теории РАСУ АОУ по сравнению с классической теорией автоматизированных систем управления состоит прежде всего в том, что в классической теории активной стороной является только система автоматического управления (САУ), а объект управления (ОУ) рассматривается только как пассивный объект управляющих воздействий, в РАСУ же объект управления также является активной стороной (субъектом), он стремится к своим целям, которые в общем случае не совпадают с целями управления, активно отражает окружающую среду, включая АСУ, адаптируется, вырабатывает и реализует решения.

Поэтому, несмотря на то, что рефлексивное управление уже получило определенное развитие в рамках таких наук, как психология, менеджмент, имиджмент, акмеология, для теории автоматизированного управления рефлексивное управление является новым перспективным направлением научных исследований и разработок. Именно в рамках теории автоматизированного управления рефлексивное управление может стать автоматизированным, т.е. получить в свое распоряжение математические и алгоритмические модели и реализующие их программные системы, а также соответствующую методологию, технологию и методику их применения.

Поэтому можно обоснованно утверждать, что в автоматизации состоит одно из перспективных направлений развития рефлексивного управления.

Понятие уровня рефлексии, соотношение между адаптивными и рефлексивными АСУ. Чтобы раскрыть данный вопрос рассмотрим таблицу 1.1:

Между адаптивными АСУ сложными системами (ААСУ СС) и рефлексивными АСУ активными объектами (РАСУ АО) есть много общего, можно даже сказать, что РАСУ АО в определенном смысле являются развитием ААСУ АС, поэтому представляет интерес их сопоставление.

В этой связи необходимо отметить, что адаптивные АСУ сложными системами по существу являются РАСУ 0-го порядка рефлексивности.

               Поэтому развитие теории РАСУ активными объектами можно рассматривать как одну из "точек роста" теории адаптивных систем управления сложными объектами.

Итак, адаптивные системы управления являются частным случаем рефлексивных. Общее между ними в постоянной модификации модели объекта управления и окружающей среды в системе управления.

Существует две основные причины, определяющие необходимость адаптации системы управления:

1. Динамика предметной области, т.е. объекта управления и окружающей среды.

2. Повышение степени адекватности модели предметной области до необходимого уровня.

Необходимо отметить, что время адаптации модели до приемлемого уровня адекватности определяется возможностями (вычислительными и информационными ресурсами) АСУ и может превышать время нахождения предметной области в относительно стационарном состоянии. В этом случае происходит срыв управления. Так неопытный художник не может написать "похожий на оригинал" портрет, если натура все время "вертится". Основной причиной этого является то, что информация стареет и становится неадекватной. При использовании для выработки управляющих воздействий закономерностей и взаимосвязей между управляющими факторами и результатами их воздействия, выявленных на основе устаревшей, неадекватной информации, соответственно будет получен и неадекватный результат. Поэтому непрерывное накопление все больших объемов статистики само по себе еще не обеспечивает все большего соответствующего увеличения точности.

Если предметная область стационарна, то новые объемы информации обладают все меньшей и меньшей новизной и вносят все меньший вклад в увеличение точности модели. Иначе говоря уменьшение погрешности модели на одну и ту же величину (например 1%) сначала обходится дешево, а затем все дороже и дороже. Поэтому начиная с момента накопления определенного объема информации в базе данных и достижении требуемой точности модели продолжение процесса накопления информации становится нерациональным и этот процесс останавливают. Таким образом в этом случае можно изучить предметную область один раз перед проектированием АСУ и больше к этому вопросу не возвращаться. Если же предметная область вдруг неожиданно и существенно измениться, то в такой АСУ произойдет срыв управления, т.к. она станет неадекватной.

Если же предметная область динамична, то устаревшая информация может искажать картину и фактически является шумом, а новой информации может быть недостаточно для достижения необходимой точности модели. Соответственно возникает задача определения оптимальной продолжительности учитываемой предыстории на основе исследования соотношения "стоимость информации/точность модели". Поэтому, в этом случае, необходимо непрерывно (или периодически в соответствии с определенным регламентом) накапливать информацию и изучать, познавать предметную область, чтобы обеспечить актуальность исходной информации и адекватность модели для принятия решений.

Функция интеллектуального анализа и познания предметной области обычно выполняется (реализуется) разработчиками АСУ непосредственно перед ее проектированием (НИР и ОКР) с применением уже имеющихся в арсенале науки знаний, выработанных поколениями ученых.

Когда исследование предметной области необходимо провести один раз в течение достаточно длительного специально отведенного для этого времени, то это в общем-то представляет собой вполне посильную и в какой-то степени техническую задачу.

Когда же это необходимо делать непрерывно, в реальном времени (т.е. непосредственно в процессе эксплуатации АСУ), при жестких временных ограничениях и больших размерностях обрабатываемых данных, то человек не справляется с выполнением функции познания предметной области и становится узким местом в системе управления, и, таким образом, возникает проблема, которую необходимо разрабатывать и решать.

Обычно задачи управления такого класса, которые требуют для своего решения накопления информации, ее интеллектуального анализа и познания динамичной предметной области в реальном времени при жестких ограничениях и больших размерностях данных, просто не решались.

Предлагается автоматизировать часть функций познания, т.е. некоторые из когнитивных операций, обычно реализуемых человеком, т.е. дать человеку-исследователю, человеку-аналитику инструмент, средство труда, более эффективно чем он, выполняющий переданные ему функции, освобождающий человека от нагрузки, связанной с выполнением переданных функций и, этим самым, и повышающий эффективность выполнения им оставшихся функций.

Средство автоматизации когнитивных операций представляет собой средство труда высокого функционального уровня и как всякое средство труда, реализует переданные ему функции, ранее выполнявшиеся только человеком, вне биологических и психических ограничений человека, человек же выполняет оставшиеся ему функции в более комфортном режиме, не будучи обремененным выполнением функций, переданных средству труда.

Однако различие между адаптивными и рефлексивными АСУ, связанное с учетом или неучетом существования рефлексии не является единственным. Второе, и может быть даже более существенное, различие состоит в характере управляющего воздействия, которое особенно наглядно проявляется в случае управления двухуровневым АОУ:

1. Управляющее воздействие в ААСУ АОУ направлено на ССПФ ИИС. При этом есть два варианта, связанные с тем, выключается или нет ИИС в результате управляющего воздействия на сложную систему поддержки (рисунок 1.3):

– ССПФ ИИС не выключается и ее действие приводит к тому, что АОУ "сопротивляется" внешнему управляющему воздействию, что приводит к неоправданным затратам энергии на управление (инерция), а также к тому, что система вообще не переходит в целевое состояние или через некоторое время возвращается в исходное состояние;

– ССПФ ИИС выключается, и тогда управление АОУ ничем не отличается от классического варианта адаптивного управления АОУ.

2. Управляющее воздействие РАСУ АОУ направлено непосредственно на ИИС. Это приводит к коррекции целей и мотиваций АОУ в направлении их сближения и согласования с целями внешней системы управления, что приводит к изменению направления его активности в русло, обеспечивающее "самопроизвольный" переход АОУ в заданное целевое состояние. Очень существенно, что при этом затраты энергии на управление могут быть практически нулевыми по сравнению с вариантом воздействия на ССПФ.

Наглядным примером, отражающим характер (уровень) воздействия на активный объект управления – пациента, является лечебное управляющее воздействие врача:

– врач-хирург физически воздействует на организм пациента (т.е. на сложную систему поддержки психических функций), как сложную систему;

– врач-психотерапевт психически воздействует на психику пациента, модифицируя его мотивации, ценности, способы оценки, стимулы и установки, рассматривая его как активную систему.

Для обеспечения высокой эффективности воздействия психотерапевт должен предварительно создать у пациента свой образ, внушающий высокий авторитет и доверие. Если пациенту будет по каким-то причинам смешно смотреть или слушать психотерапевта, то последний обречен на неудачу. Таким образом, психотерапевт управляет пациентом, как активной системой методом рефлексивного управления.

Когда при управлении человеком не считаются с тем, что он представляет собой активную систему, т.е. без согласования с ним оказывают прямое воздействие на его организм,  то это часто рассматривают как насилие, оскорбление или преступление.

Примеры рефлективного взаимодействия высокого порядка:

1. Слова из песни популярной группы: "Она обернулась чтобы посмотреть, не обернулся ли он, чтобы посмотреть, не обернулась ли она".

2. "Коридор", который получается при отражении зеркал друг в друге или изображение на видеомониторе, которое получается, когда на него направляешь видеокамеру, соединенную с ним.

3. Микрофон, поднесенный к динамикам, соединенный с ними.

Третий пример наглядно иллюстрирует, что РАСУ высокого порядка рефлективности в принципе могут и самовозбуждаться, если величина рефлексии больше некоторой величины.

Возникает естественный вопрос о необходимости и целесообразности учета высоких порядков рефлективности в АСУ.

В этой связи необходимо отметить, что:

– системы высокого порядка рефлективности встречаются редко и являются довольно экзотическими;

– как правило, эффект от рефлексивных взаимодействий 2-го и более высоких порядков быстро ослабевает и на практике им можно пренебречь;

– при необходимости учета высоких порядков рефлективности резко возрастает сложность математических моделей и алгоритмов для их анализа, а также трудоемкость сбора и анализа информации.

Все это делает рассмотрение РАСУ высоких порядков рефлективности неоправданным, поэтому в данном исследовании ограничимся рассмотрением РАСУ 1-го порядка рефлективности, которые в дальнейшем изложении будут называться просто "РАСУ" без дополнительных специальных уточнений.

Связь рефлексивного управления и системного анализа: одно из основных требований системного анализа – это требование полноты и всесторонности рассмотрения. Это требование не может быть в полной мере выполнено без учета рефлексии, т.к. нерефлексивные модели активных объектов просто неполны, а значит неадекватны. При управлении детерминистскими системами рефлексивностью часто можно пренебречь без существенного ущерба для качества управления, когда же объект управления представляет собой активную систему, неучет рефлективности приводит к недопустимому уровню неадекватности модели.

Это означает, что необходимо непрерывно изучать, познавать АОУ для обеспечения адекватности его модели.

Не вполне адекватным является представление о том, что рефлексия характерна только для достаточно развитых систем, например биологических или даже только обладающих сознанием и самосознанием. Рефлексия представляет универсальное свойство объектов не только живой, но и неживой природы на всех иерархических уровнях организации систем: и в микромире, и на макро- и мега- уровнях, т.е. рефлексия является одним из проявлений всеобщего взаимодействия и взаимного отражения в природе. В качестве примеров достаточно привести второй закон Ньютона и вариационные принципы, в частности, принцип Мопертюи.