Систем такова, что они
Включают в себя, как бы, независимые эргатические,
(то есть человеко-машинные) системы.
Эргатические системы
Управления (ЭСУ) — это системы, которые включают, в качестве элементов,
Как технические системы,
Так и людей, взаимодействующих с этими системами.
Для эффективного функционирования подобных систем необходимо выбирать рациональные способы взаимодействия людей с техникой, на основании выводов эргономики.
Лекция 8
Методы оптимизации
Организационными системами управления мы назвали системы, обеспечивающие функционирование коллектива людей для достижения определенных целей. Таким образом, уже в самом определении организационной системы управления, предполагается целенаправленный характер ее функционирования.
Цель может быть достигнута только в том случае, если организационные процессы будут: - эффективными, т.е. будут обеспечивать наилучшие результаты в расчете на единицу затрат соответствующих ресурсов; - надёжными, т.е. гарантирующими осуществление процесса как такового; - реализовываться без задержек, временных разрывов и не выходить за пределы временных границ; - оперативными, а значит, быстро реагирующими на изменение обстановки; - гибкими, то есть приспособленными к изменению оперативной ситуации, и реагирующими на них адекватно без потерь в качестве процесса.
Названные требования могут быть реализованы только в том случае, когда организационная система управления обладает устойчивостью, т.е. свойством системы сохранять некоторое свое качество в процессе управления при наличии возмущений.
Рассмотрим более подробно названные требования, применительно к организационному управлению.
|
|
Устойчивость — свойство процесса управления сохранять и восстанавливать свое качество в условиях внешних и внутренних возмущений. Применительно к организационным системам управления устойчивость — способность решать все задачи, требуемые обстановкой при целенаправленных внешних воздействиях. Она есть результат технической и функциональной устойчивости.
Техническая устойчивость — способность противостоять воздействиям технического характера с помощью технических средств.
Функциональная устойчивость — способность противостоять воздействиям социально-политического, экономического характера и другим нетехническим воздействиям, с помощью средств интеллектуального характера.
Таким образом, при оценке устойчивости необходимо установить показатели свойств процесса управления, значения которых необходимо сохранить, и определить степени влияния на эти показатели различных возмущений (воздействий окружающей среды, ошибок управленческого персонала и т. д.).
Устойчивость процесса может быть абсолютной, т.е. оцениваться по всем его свойствам, и относительной, когда оценка производится с помощью некоторого функционала, характеризующего одно из свойств исследуемого процесса.
Для оценки устойчивости необходимо указать такие ограничения, налагаемые на возмущения, при которых функционал будет сохранять свое конечное значение в некотором, вообще говоря, вероятностном смысле.
Устойчивость организационных систем управления количественно измеряется как вероятность решений в заданные сроки необходимых управленческих задач. Устойчивость организационных систем часто зависит от внешних экономических условий. В связи с этим обстоятельством организационные системы относят к компетенции менеджмента.
|
|
Известно много формальных подходов к оценке устойчивости системы. Наиболее известными являются оценки устойчивости по Ляпунову и Лагранжу. Устойчивость по Ляпунову: управление считается устойчивым, если при любом возмущающем воздействии со стороны окружающей среды система способна за конечное время или в пределе приблизиться как угодно близко к той траектории движения в пространстве состояний, которую она имела до начала возмущения.
Оценка устойчивости социально-экономических систем по Ляпунову практически невозможна из-за трудности описания ограничений на возможные возмущения и учета всех возможных возмущений.
Устойчивость по Лагранжу: система, а вместе с ней и управление, устойчивы, если при конечных возмущениях в окружающей среде ни один из параметров, по модулю, не стремится к бесконечности, оставаясь ограниченной величиной.
Такое понятие позволяет косвенно оценивать и устойчивость в первоначальной ее формулировке, и качество вырабатываемых решений: если система неустойчива по Лагранжу, значит, какие-то параметры в пределе устремляются к бесконечности, а это противоречит здравому смыслу и неприемлемо, так как говорит о потере управления.
Гибкость управления имеет место, если система управления способна менять, по обстановке, правила (алгоритмы) своих действий. Например, переходить от централизованного к децентрализованному управлению, частично децентрализованному и, наоборот, от децентрализованного к централизованному. Гибкость управления — одно из необходимых, но не достаточных условий эффективности управления.
|
|
Система управления может менять и формы, и методы, но не достигать желаемых результатов из-за некачественных принципов устойчивости управления.
Непрерывность — свойство (способность) процесса управления не допускать перерыва между последовательно выполняемыми этапами (фазами) или другими действиями, приводящими к снижению качества управления. Непрерывность процесса нарушается, если между двумя последовательно выполняемыми этапами возникает незапланированная пауза, приводящая к снижению качества выполнения следующих этапов (например, из-за потери ценности информации), несвоевременному достижению поставленной цели и срыву всего процесса управления.
Проблемы оптимизации организационных систем не могут быть решены к точно определённому сроку и по однозначному плану. Всегда желательно осуществлять упреждающие программы действий, чтобы не «догонять» упущенные возможности.
В настоящее время, признанным способом добиваться эффективности управления является внедрение информационных технологий.
Примером такого подхода просматривается при использовании параметрического метода, который поддаётся формализации.
Понятие физического противоречия занимает центральное место в концепции параметрического метода. Сущностью метода является выявление и устранение физических противоречий, присущих исходной системе. Под физическим противоречием понимаются взаимоисключающие требования, предъявляемые к элементу системы. Они состоят в том, что один из характеризующих его параметров должен иметь два разных значения.
При этом параметр элемента системы называется узловым параметром, а характеризуемый им элемент — узловым элементом.
Очевидно, что для одновременного улучшения каких-либо двух противоречивых показателей системы необходимо заменить соответствующий им узловой элемент объектом, удовлетворяющим требованиям, зафиксированным в физическом противоречии.
В общем случае базу параметрического метода образуют системы, выполняющие ту или иную функцию и удовлетворяющие требования, какого- либо, физического противоречия.
Применение метода возможно в двух вариантах: эвристический (с “ручным” алгоритмом решения поисковых задач) и направленный (с применением машинных алгоритмов).
Все элементы базы эвристического варианта параметрического метода описываются только по одному признаку — “удовлетворять требования физического противоречия”. А признак “выполнять функцию...” определяется пользователем в результате анализа производных систем на предмет однофункциональности с исходной системой.
Схема метода представлена на рис. 2.2.1
Рис. 2.2.1. Блок-схема параметрического метода
Структура организационных систем такова, что они включают в себя, как бы, независимые эргатические, (то есть человеко-машинные) системы.
Эргатические системы управления (ЭСУ) — это системы, которые включают, в качестве элементов, как технические системы, так и людей, взаимодействующих с этими системами.
Для эффективного функционирования подобных систем необходимо выбирать рациональные способы взаимодействия людей с техникой, на основании выводов эргономики.
Эргатические системы управления делятся на простые, такие, как “автомобиль — водитель”, “самолет — летчик”, — исследователь”, “управляемый объект — оператор” и т.п., и большие сложные, которыми являются, например, автоматизированные системы управления (АСУ).
Различают два основных типа АСУ: системы организационно-экономического, или административного, управления и системы управления техническими процессами.
Для первых АСУ - объектами управления являются предприятия, отрасли народного хозяйства, министерства, ведомства, т.е. коллективы людей, которые используют различные машины, процессы, приборы, устройства.
В АСУ, предназначенных для технологических процессов основной формой передачи информации являются различные сигналы (электрические, световые, механические и др.), в системах же организационно-экономического управления основная форма передачи информации — документ.
В настоящее время наметилась тенденция слияния двух этих видов систем в единые интегрированные системы управления. Тем самым, грани между ними, до известной степени, стираются. Особенности эргатических систем управления отражены в табл. 2.2.2.
Особенности эргатических систем Таблица 2.2.2
Инженерно-психологические проблемы создания и эксплуатации эргатических систем управления по мере их развития становились всё более актуальными.
Можно выделить следующие инженерно-психологические проблемы, требующие решения в процессе создания и эксплуатации сложных ЭСУ.
Первая проблема: компенсация ошибочных (в первую очередь непреднамеренных, но также и преднамеренных) действий человека, влекущих за собой негативные последствия для функционирования ЭСУ.
В ЗСУ должны быть учтены: забывчивость оператора, возможность его ошибки, непостоянство внимания и т.п.
Если решение, принятое человеком, может привести систему в аварийный режим (контроль осуществляет сама система), то это решение не должно восприниматься, о чем система должна сигнализировать оператору.
Подобные действия в состоянии выполнять лишь сложная система с хорошо развитыми средствами интеллектуальной поддержки операторов.
Вторая проблема: формализация психологических аспектов мыслительной деятельности человека в процессе выработки решений по реализации какой-либо задачи и учет их в системах искусственного интеллекта (ИИ), формирующих соответствующие решения.
Проблема формализации основных схем поведения и психологических характеристик человека-оператора связана с попытками создания математических моделей деятельности человека.
Это обусловлено, прежде всего, необходимостью создания единого языка описания функционирования системы в целом. Причем, принято считать, что разработка математических моделей деятельности является одним из перспективных путей решения этой проблемы.
Вместе с тем в процессе проектирования деятельности подчас целесообразно автоматизировать те или иные функции человека-оператора, т.е. поручить выполнение их техническим средствам, носящим в себе черты модели, соответствующей деятельности человека.
Движение любого объекта обусловлено его собственными свойствами и действием на него управляющих сил. В целом объект и система управления им образуют динамическую систему, движение которой может быть описано дифференциальными уравнениями. Класс таких дифференциальных уравнений определяется динамикой конкретной системы. Обычно динамическая система описывается сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка со случайными параметрами, аналитического выражения для которых до сих пор не существует.
Для всех систем, за исключением простейших, истинное явление можно описать с помощью уравнений лишь приближенно. Это обусловлено тем, что мы не знаем всех факторов, влияющих на систему, или получаем слишком громоздкие уравнения, которые современными средствами решать весьма сложно. Обычно рассматривается небольшое число аспектов поведения ЭСУ. Основной принцип построения моделей заключается в том, что результаты, получаемые с помощью моделей, должны соответствовать экспериментальным данным и, кроме того, модель должна давать возможность получать новую информацию о системе или объекте.
Третья проблема: определение “границ возможного” в деятельности человека и возможностей техники для оптимального распределения функций между ними.
Пределы функционирования сложных систем определяются условиями и воздействиями, приводящими к срыву деятельности.
В этом смысле срыв операторской деятельности является одной из глобальных проблем, стоящих перед проектировщиками сложных ЭСУ. Цель проектирования, прежде всего, состоит в том, чтобы избежать, исключить возможность аварий (прекращения деятельности) современных систем, которые неотвратимы при срыве деятельности человека-оператора. Степень согласованности характеристик технических средств с психофизическими характеристиками человека-оператора определяет и эффективность деятельности.
Срыв деятельности характеризуется нулевой и даже отрицательной эффективностью. Он может наступить, например, при повышении темпа поступления информации.
Выделяют следующие аспекты срыва операторской деятельности, исследование которых необходимо при проектировании:
* определение критических значений потока информации в зависимости от способов деятельности;
* оценка влияния автоматизации процессов управления на устойчивость операторской деятельности;
* выявление “слабых” звеньев в структуре деятельности в целях проектирования наилучших способов деятельности;
* определение стадий (фаз) срывов деятельности с выявлением необходимых перестроек, переходов от одного способа деятельности к другому при обнаружении возможности срыва деятельности;
* определение допустимых границ изменений функционального состояния оператора;
*определение границ между областями устойчивой деятельности и срывов деятельности, т.е. определение тех требований, которые проектировщики систем могут предъявить к человеку-оператору в соответствии с функциональными возможностями операторов конкретных систем.
Четвертая проблема: формализация основных схем поведения (их еще называют алгоритмами, или последовательностями, деятельности) человека в зависимости от сложившейся ситуации и предложение оператору (лицу, принимающему решение) лучшей (по какому-то критерию) из них.
К этому классу задач относятся:
* классификация типов поведения;
* моделирование поступков;
* определение траектории поведения;
* формирование поведения и др.
Пятая проблема: определение психологических характеристик человека и их диапазонов для обеспечения комфортного общения человека и техники, использование современных технологий и техники для уменьшения потребности адаптации людей к системе.
Современные средства взаимодействия человека и техники представляют собой сложный комплекс, включающий различные компоненты: планирование, информирование и управление общением; формализацию облика информации, интерпретацию сообщений; представление, обработку данных и принятие решения; обеспечение надежности и др. Основной тенденцией перспективного развития и совершенствования средств взаимодействия является создание адаптивных интеллектуальных систем, учитывающих целесообразное распределение нагрузки между искусственным интеллектом ЭВМ и интеллектом.
Как следует из проведенного анализа, эргатические системы управления приобретают особую ценность в задачах оптимизации управления системами самого разного назначения.
Оптимизация управления транспортными системами прошла самый длительный исторический путь оптимизации систем управления транспорта с использованием эргатических систем. Особенно успешно продвигается в этом направлении железнодорожный транспорт.