V. Тексты лекций по учебной дисциплине «Исследование систем управления»
Тема 1. Система управления как объект исследования
Система управления, ее состав и основные свойства
Система управления охватывает совокупность элементов и подсистем, объединенных общим назначением. Часть системы управления, не подлежащая дальнейшей дифференциации в рамках данной системы, называется элементом . Свойства системы управления не сводятся к совокупности свойств входящих в нее элементов. Например, может какая-либо совокупность являться системой? Совокупность разбросанных журналов и книг на чердаке дома никто не назовет системой. В данном примере мы не видим упорядочения вещей (элементов), цели расстановки и их систематизации. Однако совокупность расставленных журналов и книг в библиотеке с определенной целью представляет собой систему. Наличие цели является важнейшим свойством системного представления исследуемого объекта. Поэтому, становясь частью системы, элемент приобретает дополнительные системные свойства, отражающие участие данного элемента в реализации функциональных возможностей системы и достижении поставленных целей.
Для реализации цели в системе обязательно возникает определенная организация элементов. Эта организация дает возможность системе противостоять воздействию внешних возмущающих факторов (т. е. делает систему устойчивой по отношению к внешним возмущениям). Устойчивая система управления, как правило, характеризуется постоянством структуры и процессов функционирования в течение достаточно продолжительного интервала времени. Это означает, что в широком смысле система должна быть управляемой , т. е. под управлением мы будем понимать организацию процессов для достижения намеченных целей при изменяющихся внешних и внутренних условиях.
На рисунке 1.1 приведен пример управления технологическим процессом с элементами технической системы. Целевая ориентация структуры данной системы управления направлена на поддержание измеряемых выходных параметров (блок «Измерительное устройство»). В результате этого должно обеспечиваться максимальное соответствие этих параметров заранее заданным технологическим параметрам (блок «Задающее устройство») при изменении возмущающих воздействий внешней среды и отклонениях внутренних условий.
Рис. 1.1. Техническая система управления технологическим процессом
Между элементами, входящими в систему, при функционировании возникают устойчивые связи, которые по своему значению существенно превосходят связи этих элементов с другими элементами, не входящими в систему. Изменение одного из элементов влечет за собой изменение многих других элементов и подсистем системы управления. Например, если предприятие рассматривать как систему, то изменение уровня диверсификации его деятельности (в частности изменение номенклатуры производимой продукции и, соответственно, изменение ассортимента продаж) приводит к изменению подсистем маркетинга, технической подготовки производства, производственной подсистемы (в первую очередь, подсистемы инструментообеспечения, подсистемы транспортирования заготовок и деталей). При этом возникает необходимость разработки нового программного обеспечения для подсистемы управления технологическим оборудованием.
В рассматриваемом случае целью является изменение уровня диверсификации деятельности предприятия. При исследовании системы необходимо понять, какие параметры, элементы и подсистемы и в какой степени влияют на организацию управления. Особенно важно определить, являются ли они первостепенными для предприятия с точки зрения эффективности достижения цели. Например, насколько будет задействована в данном процессе подсистема учета кадров и ее элементы, несмотря на то что в той или иной мере она будет участвовать в управлении предприятием. Поэтому в такой ситуации необходимо выделить существенные системные признаки в управлении намеченной деятельностью. К ним можно отнести: рыночный спрос на выпуск новой номенклатуры продукции и производственные мощности, обеспеченность предприятия всеми видами ресурсов для выполнения поставленной цели, позицию конкурентов на рынке и конкурентоспособность производимых предприятием товаров.
Для сравнения системы управления технологическим процессом (рис. 1.1) приведем пример экономической системы управления производственным процессом предприятия, который представлен на рисунке 1.2. Здесь предлагаемая структура, так же как и в первом случае, сориентирована на обеспечение соответствия выходных параметров производственного процесса (блок «Мониторинг фактических производственных показателей») заданным плановым параметрам (блок «Установленные производственные нормативные показатели») при изменении внешних и внутренних возмущающих воздействий. В экономических системах формирование структуры и процессов функционирования обеспечивает динамику их развития. В технических системах эти задачи направлены на компенсацию возмущающих воздействий, на регулирование выходных параметров к требуемым значениям и т. д. Однако значимым отличием экономических систем от других классов систем является соотношение различных типов задач в иерархии управления (организация структуры, создание связей между подсистемами и элементами, необходимость обеспечения требуемого уровня диверсификации деятельности, необходимость проведения реструктуризации производства при изменении факторов внешней среды и т. д.).Рис. 1.2. Экономическая система управления производственным процессом предприятия
Рассмотренные системы управления на рис. 1.1 и рис. 1.2 имеют обобщенную структуру, отражают принцип построения и наличие функциональных связей между элементами (подсистемами), объединенными для выполнения поставленной цели. В реальных условиях – особенно это характерно для экономических систем – подсистемы и элементы крупного предприятия могут включать объект управления (управляемая подсистема – процессы, ресурсы и т. д.) и субъект управления (управляющая подсистема – менеджмент, подразделение и т. д.) с обратной связью.
Рис. 1.3. Обобщенная структурная схема финансовой подсистемы предприятия
Очевидно, что система управления крупным предприятием будет иметь иерархическую структуру с функционально подчиненными связями. Такая структура характерна для холдинговых компаний в различных отраслях народного хозяйства, где объектом управления выступают дочерние предприятия, а субъектом – головная компания с центральным аппаратом управления. В качестве примера на рисунке 1.3 приведена обобщенная структурная схема финансовой подсистемы предприятия с объектом управления и субъектом управления, а также элементами, охваченными обратной связью. Обратная связь формируется на основе информации о финансово-экономических показателях посредством учета, контроля и оперативного управления элементами финансовой подсистемы.
Таким образом, совокупность элементов, объединенных общностью целей и задач, представляет собой подсистему управления . Рассматривая предприятие как систему управления, можно выделить подсистему маркетинга, производственную и финансовую подсистемы, подсистему управления интеллектуальными ресурсами и т. д. Одна из подсистем системы управления предприятием, обеспечивающая менеджмент предприятия информацией, необходимой для принятия управленческих решений, представляет собой информационно-управляющую систему . В рамках системного подхода вышеперечисленные подсистемы могут сами рассматриваться как системы. Например, подсистема управления производством, включающая в себя основное и вспомогательное оборудование, технологии, персонал и т. д., предназначена для преобразования запасов сырья и материалов в готовую продукцию. Рассматривая эту подсистему, как отдельную (или самостоятельную) систему, в ее составе можно выделить такие подсистемы, как:
• подсистему управления основным (технологическим) оборудованием;
• подсистему управления вспомогательным (контрольно-измерительным, транспортным и т. д.) оборудованием;
• подсистему управления оборотными средствами;
• подсистему управления интеллектуальными ресурсами и т. д.Система управления также обладает общесистемными , т. е. интегральными свойствами . Это такие свойства, которые присущи только системе в целом, но нехарактерны ни для одного из элементов или подсистем в отдельности. Если интегральные свойства отсутствуют, то совокупность элементов не может рассматриваться как система. Несводимость свойств целостной системы управления к свойствам отдельных ее элементов и подсистем в теории систем называется принципом эмерджентности . Например, такие свойства, как производительность, надежность, гибкость производственной системы, качество изготавливаемой продукции не могут быть сведены к свойству какого-то конкретного элемента (например, отдельной единицы технологического оборудования).
Рассогласование в системе управления . Перевод элементов и подсистем из одного состояния (исходного) в другое состояние (желаемое) представляет собой управление . Это управление осуществляется в результате воздействия одной части системы (субъекта управления) на другую ее часть (объект управления). В процессе управления возникает рассогласование между желаемым и фактическим состоянием системы. Рассогласование в системе управления представляет собой отклонение результата, получаемого при функционировании системы управления, от запланированного значения, рассчитанного при формировании целей, которые должны быть достигнуты системой управления в процессе ее функционирования. Например, если предприятие рассматривать как систему управления, то в качестве рассогласований, возникающих в такой системе управления, могут рассматриваться отклонения фактических величин от запланированных значений:
• объемов выпуска и продаж продукции;
• прибыли и рентабельности (продаж, активов, собственного капитала);