Управление: качество и оптимальность

Управление для субъекта управленца в принципе возможно только объективно существующими процессами (объектами), устойчивыми в смысле предсказуемости для субъекта-управленца. Если в отношении объективности и предсказуемости возникнут иллюзии, то они вызовут со временем вполне реальное разочарование.

Наличие устойчивости по предсказуемости во многих случаях объективно позволяет процесс, развивающийся объективно, привести к субъективно выбранной прогнозной цели из множества (счётного или несчётного, конечного или безконечного) объективно возможных вариантов развития процесса. Здесь слово «объективно» подразумевает прежде всего иерархически высшее объемлющее управление, поддерживаемое Всевышним. Также субъект, опирающийся на устойчивую предсказуемость(,) в пределах иерархически высшего объемлющего управления (,) может разрешать ситуации конфликтного управления одним объектом, осуществляемого несколькими субъектами, приемлемым для себя образом. Выделенные жирным слова относятся и к началу предложения, и к концу его, поскольку иерархически высшее объемлющее управление стоит над ситуацией конфликта. Две запятые взяты в скобки, поскольку причастный оборот для полноты понимания двойственного смысла следует закрывать попеременно и там, и там.

Понятию «управление» всегда сопутствует понятие качество управления. Характеристики реального управления всегда отличаются от идеальных, предписанных вектором целей управления. «Разность» вектора целей и вектора текущего состояния объекта даёт вектор ошибки управления. Векторы ошибок, в которых ни одна из частных ошибок управления не превозходит субъективно предписанных допустимых отклонений от идеального режима, образуют допустимое множество векторов ошибок. Поскольку размерность вектора ошибки (количество частных целей управления в его составе) может быть очень велика, то пользоваться вектором в целом для сопоставления разных процессов управления по одному и тому же общему для них вектору целей — не всегда удобно. Поэтому в случаях сопоставления, когда, во-первых, ни одна из частных ошибок не выходит за допустимые границы и, во-вторых, когда не встаёт вопрос о пересмотре иерархии приоритетов в векторе целей, предпочтительно иметь одну оценку вектора ошибки, позволяющую отвечать на вопросы: хорошо либо плохо? лучше либо хуже? Такая оценка называется качество управления; это — мера вектора ошибки, то есть обобщающая оценка всей совокупности частных ошибок управления, входящих в вектор ошибки.

Полный перечень целей управления в векторе целей можно разбить на группы и на основе компонент, входящих в каждую из них, построить частную оценку качества управления; а частные оценки свести в новый вектор ошибки существенно меньшей размерности, чем изходный (в него можно включить и общую оценку качества управления). Построение вспомогательного вектора ошибки управления, включающего в себя частные оценки качества управления, может быть полезным при анализе режимов манёвров, когда на разных этапах манёвра общий вектор целей может менять свою иерархическую упорядоченность и размерность. Если вектор ошибки может быть интерпретирован в форме числового алгебраического п -мерного вектора (столбец чисел), то в качестве его меры может выступать какая-либо из норм[60] вектора (хотя бы его «длина» — диагональ параллелепипеда, построенного на компонентах вектора в п -мерном пространстве с ортогональным базисом).

Если принято некое правило построения оценки качества управления, то преобразование вектора ошибки в оценку качества управления однозначно; обратный переход в силу многомерности пространства целей управления — многозначен и потому интереса не представляет.

Оценка качества управления всегда субъективна: во-первых, субъективен выбор множества частных целей управления; во-вторых, субъективно устанавливается иерархия их значимости; в-третьих, на основе одного и того же вектора ошибки можно построить не одну обобщающую оценку всей совокупности частных ошибок, входящих в вектор, употребляя разные правила (алгоритмы) преобразований. Эти три фактора необходимо учитывать даже при сопоставлении оценок качества управления однокачественными процессами, но управляемыми разными субъектами.

В ситуациях же конфликтного управления одним и тем же объектом со стороны разных субъектов вопрос о качестве управления тем более многозначен. В зависимости от того, что конкретно каждым из субъектов-управленцев возпринимается в качестве частных ошибок и частных целей управления, складываются их вектора целей и вектора ошибок управления, в результате чего при совпадении возникают коалиции объективных союзников, которые разпадаются, когда процесс конфликтного управления затрагивает несовпадающие цели, что порождает в коалиции взаимно изключающие оценки ошибок управления.

Единственное изключение из субъективизма оценок качества управления возникает при сопоставлении совокупности однокачественных частных процессов в объемлющем процессе иерархически высшего управления. Оценка качества управления, выставленная Всевышним в иерархически Наивысшем управлении, объективна по отношению ко всякому из частных, вложенных в него процессов.

* * *

В условиях многомерности вектора целей иерархически высшего объемлющего управления и вложенных в него частных управлений может возникать интересная и значимая для практики особенность. Разсмотрим вложенный процесс управления, обладающий следующими свойствами: в его вектор целей входит некоторое количество частных целей иерархически высшего объемлющего управления, однако иерархия целей в нём может быть даже обратной иерархии целей объемлющего управления. То есть данный вектор целей может быть очень примитивен в сопоставлении его с иерархически Наивысшим. Но управляющим субъектом при этом наложены очень жёсткие требования на частные ошибки управления, попадающие в иерархически высший вектор ошибки, и процесс протекает в пределах этих жёстких требований. Иерархически Наивысшая оценка качества управления в этом процессе, тем не менее, может оказаться выше, чем у других вложенных однокачественных процессов, чьи вектора целей соответствуют в большей степени иерархически Наивысшему вектору по частным целям и их иерархии, но вектора ошибки управления «гуляют» в субъективно признанных допустимыми, но очень широких пределах, не соответствующих требованиям Наивысшего управления.

* *
*

Из множества однокачественных процессов, управление которыми подчинено общим для них вектору целей и оценке качества управления, процесс, обладающий экстремальной (наивысшей или наинизшей) оценкой качества управления, называют оптимальным.

Говоря короче, оптимальное управление — то управление, в котором достигается наивысший уровень качества управления.

Из этого разворачивается вся теория оптимального управления, построенная на принципе максимума оценки качества управления. Поскольку в основе понятия оптимальности лежат субъективно назначенные категории, свойственные процессу управления, то понятие оптимальности тоже субъективно. Наиболее часто встречается понимание оптимальности в смысле минимума потребления ресурсов, в смысле максимальных или минимальных характеристик объекта и в смысле минимума времени манёвра перехода из одного режима в другой. В большинстве случаев каждый из видов оптимальности отрицает другие. Возможны критерии оптимальности, построенные на комбинации нескольких частных критериев оптимальности.

Для оптимизации управления проектами, в осуществлении которых в разных местах и в разное время в некотором порядке участвует много изполнителей (как физических, так и юридических лиц), могут быть применены так называемые «сетевые методы». Всё, что входит в теорию и практику «сетевого планирования», произтекает из выявления рубежей, разделяющих различные этапы и фазы работы в целом, на которых объективно возможны однозначные оценки «выполнено — не выполнено», «достигнут ожидаемый результат — не достигнут» по отношению к каждому из фрагментов работы и работе в целом. Если разделение работы в целом на фрагменты (этапы), разграниченные рубежами контроля по факту «выполнено — не выполнено», изобразить графически, то схема проекта будет представлять собой сеть. В ней рубежи контроля завершения этапов и начала следующих этапов предстанут как узлы, а этапы работы предстанут как линии, соединяющие узлы друг с другом.

Сетевые методы применяются для оптимизации проектов в смысле достижения минимума времени выполнения работы в целом. При этом продолжительность этапов работ между контрольными рубежами при представлении (отображении) планов работ в виде сетевых графиков задаётся на основе нормативной базы «технологического времени» ведения различных видов работ, порождаемой системой бухгалтерского учёта разходования ресурсов и хронометражём реальных технологических операций при сложившейся организации работ на предприятии, а также в ряде случаев — на основе интуитивных оценок.

Разработаны алгоритмы, позволяющие вычислить общую продолжительность выполнения проекта; выявить в проекте иерархию зависимости общей продолжительности проекта от возможности задержки выполнения каждого из этапов и т.п. Это всё разсматривается в специальной литературе[61].

Сетевые методы могут обслуживать алгоритм метода динамического программирования, поскольку в некоторых иерархически многоуровневых моделях управляемых процессов шаговые выигрыши в методе динамического программирования могут быть получены на основе сетевых методов.

Оптимальное управление может быть единственным, но может быть и множественным в силу того, что одни и те же оценки качества управления могут соответствовать некоторому множеству векторов ошибки управления. В этом случае необходимо либо пересмотреть критерий оптимальности, либо дополнить его какими-то ограничениями на те или иные компоненты вектора ошибки управления, соотносясь с приоритетностью целей управления в векторе целей.

В ряде случаев выявить оптимальное управление не удаётся в силу сложности или неприемлемых трудозатрат при решении задачи о предсказуемости поведения объекта. В этом случае из всего множества возможных вариантов управления следует выбрать подмножество вариантов, в котором оценка качества управления достигает приемлемых значений и ограничиться одним из вариантов, пусть и не оптимального, но приемлемого по уровню качества управления.

Если соотноситься с полной функцией управления, то качество управления обусловлено:

· во-первых, концепцией управления (управленческим решением);

· во-вторых, качеством управления по принятой к осуществлению концепции.

Замкнутые системы

В подавляющем большинстве случаев объекты (процессы), с которыми мы имеем дело в жизни, не обладают свойством самоуправления в желательном для нас режиме. Соответственно этому обстоятельству мы и оказываемся перед необходимостью решать те или иные задачи управления. Решение их состоит в том, чтобы:

· либо выявить в объекте (процессе) некую систему управления и настроить её на управление объектом (процессом) в желательном для нас режиме;

· либо построить систему управления и связать её с объектом (процессом), управлять которым мы намереваемся.

И то, и другое приводит к понятию «замкнутая система»:

«Замкнутая система» это — объект управления (процесс), находящийся во взаимодействии со средой, и система управления им, связанные друг с другом цепями прямых и обратных связей.

Назначение системы управления (как компоненты замкнутой системы) — вырабатывать управляющий сигнал и направлять его в объект и среду по прямым связям. Понятно, что система управления должна соответствовать как вектору целей управления, так и объекту управления и воздействию среды на него.

В самом общем смысле управление и отображение — всегда взаимная вложенность понятий, выражающих эти процессы, и самих объективных процессов, протекающих в Объективной реальности. Управление — информационно-алгоритмический процесс — является отображением: из объекта и среды, окружающей объект управления, в систему управления объектом — обратные связи; и из системы управления объектом в объект и среду — прямые связи. Прямые связи подразделяются на внутренние и внешние: локализованные в пределах объекта и системы управления им — внутренние прямые связи; уходящие из системы управления и объекта во внешнюю среду — внешние прямые связи.

Аналогичным образом на внешние и внутренние подразделяются и обратные связи: те, по которым поступает информация о состоянии среды, положении объекта в ней, — внешние обратные связи; а те, по которым поступает информация о состоянии элементов объекта и системы управления им, — внутренние обратные связи.

* * *

Эти определения терминов «прямые» и «обратные связи», «замкнутая система» содержат в себе некоторые умолчания, значимые в контексте ДОТУ. Вследствие наличия этих умолчаний в контексте ДОТУ эти определения являются более общими, включающими в себя тот смысл, который не свойственен этим терминам в исторически сложившихся технических версиях теории управления.

«Замкнутая система управления, система управления, в которой управляющее воздействие формируется в функции отклонения значения управляемой величины от требуемого закона её изменения» (Большая советская энциклопедия, изд. 3, т. 9, стр. 325).

Соответственно определениям такого рода, когда говорят о прямых и обратных связях в замкнутой системе, то имеют ввиду только связи с объектом управления, но не со средой. При этом под прямой связью понимают управляющее воздействие, а под обратной — введение в систему управления информации о реакции объекта управления на управляющее воздействие. По существу в определениях термина «замкнутая система» такого рода речь идёт о том, что в замкнутых системах информация, на основе которой во всякий момент времени вырабатывается управляющее воздействие, включает в себя и информацию об управляющем воздействии, выработанном некогда в прошлом. Иными словами, некоторые информационные потоки, проходящие через систему управления, замкнуты в кольцевом контуре их обращения, отсюда и произтекает название термина «замкнутая система».

Однако есть связки «объект + система управления», в которых обратных связей в смысле обусловленности текущего управления управлением, выработанным в прошлом, нет. Такова программная схема управления (о ней речь пойдёт далее). А в схеме управления «предиктор-корректор» (о ней тоже речь пойдёт далее) некоторые из связей, если их относить к категории «обратных» в традиционном понимании этого термина, замыкаются не через прошлое, а через прогнозируемое будущее в том смысле, что текущее управление включает в себя прогноз поведения управляемого объекта, в который входит и информация о вариантах текущего управления.

При этом в исторически сложившихся технических версиях теории управления нет термина для обозначения связки «объект + система управления» в общем случае разсмотрения. Поэтому, излагая ДОТУ, мы оказываемся перед выбором:

· либо как-то называть эту связку (при этом само слово «связка» явно не подходит вследствие его употребительности в самых разных контекстах);

· либо придать в контексте ДОТУ разширительное толкование терминам «прямые» и «обратные связи», «замкнутая система».

В прошлых редакциях ДОТУ нашёл выражение разширительный подход, однако он не был пояснён, что у некоторой части читателей (особенно знакомых с какими-то техническими версиями теорий управления) вызывало вопросы.

В настоящей редакции мы сохраняем разширительный подход к толкованию упомянутых терминов, и потому в контексте ДОТУ следует принять определения прямых и обратных связей с подразделением их на внешние (уходящие в средý) и внутренние (локализованные в пределах объекта управления и системы управления) так, как они даны ранее.

Также полезно ввести понятие «мощность связи». В каждом конкретном случае оно может быть построено (определенó по смыслу):

· для прямых связей — на основе соотнесения мощности управляющего воздействия на объект или среду, порождаемого системой управления, с собственными характеристиками объекта управления (смотря по обстоятельствам, так в случае управления движением в смысле теоретической механики это может быть соотнесение сил управляющего воздействия с массой, с моментами инерции, с характеристиками сил и моментов сопротивления движению);

· для обратных связей — на основе соотнесения мощности управляющего воздействия, порождаемого системой управления, с параметрами, характеризующими отклонение объекта от заданного режима и параметрами, характеризующими воздействие среды на объект, реакцией на которые является вырабатываемое системой управление.

Поэтому, чтобы не плодить лишних терминов и не делать специальных оговорок в отношении таких частных случаев управления, как программное управление (без обратных связей) и управление по схеме «предиктор-корректор» (в которой часть связей, которые в традиционном подходе можно назвать как бы обратными, поскольку они замыкаются через прогнозируемое будущее), то и в случае, если между объектом и системой управления есть хотя бы одна связь не нулевой «мощности» — прямая или обратная, — такую связку мы тоже будем называть «замкнутой системой».

И кроме того, при соотнесении процесса проектирования и создания связки «объект управления + система управления» с полной функцией управления все такого рода связки являются замкнутыми системами, поскольку без решения задачи о предсказуемости поведения они неосуществимы или неработоспособны.

* *
*

Примером замкнутой системы является — автомобиль с водителем. Автомобиль — объект управления. Водитель, ещё более точно, — его алгоритмика психики, — система управления. Обратные связи замкнуты через зрение, слух, осязание и вестибулярный аппарат водителя, а прямые — через его руки и ноги, воздействующие на изполнительные органы: руль, педали, рукоятку переключения передач, тумблеры и кнопки. Кроме того, иерархии замкнутых контуров прямых и обратных связей имеются в системах и устройствах автомобиля и в самом человеке.

Самоуправляющийся объект, в котором не удаётся выделить систему управления им, также представляет собой замкнутую систему, поскольку в нём самом имеет место кольцевая замкнутость прямого и обратного отображений в некоторой иерархии контуров циркуляции информации. Примером такого рода самоуправляющихся объектов с нелокализуемой системой управления является сливной бачок унитаза с поплавковым регулятором уровня воды. Система управления не локализована в том смысле, что её невозможно отличить от самого объекта, как возможно отличить водителя от автомобиля или блок автопилота от самолёта в целом. Кроме того, и методом изъятия узлов в замкнутой системе с нелокализованной системой управления невозможно достичь ничего, кроме как привести её в аварийное или в принципе неработоспособное состояние; в замкнутых системах с локализованной системой управления изъятие системы управления не нарушает в принципе работоспособности объекта управления.

Система управления объектом (локализованная или нет — всё равно) в соответствии с вектором целей управления на основе информации о состоянии замкнутой системы и окружающей среды (т.е. на основе вектора состояния), согласно интерпретации в системе управления причинно-следственных обусловленностей, иными словами, «объективных законов» существования замкнутой системы в среде, формирует управляющий сигнал, т.е. закодированную информацию о том, каким должно быть управляющее воздействие, чтобы поведение объекта отвечало вектору целей, а вектор ошибки не выходил за допустимые пределы. Управляющий сигнал через прямые связи подаётся на изполнительные органы (и в окружающую среду при необходимости), что и обеспечивает управляющее воздействие на объект. По цепям обратных связей в систему управления в процессе управления подаётся информация о состоянии окружающей среды, объекта, изполнительных органов, самой системы управления.

То есть управление — это единая упорядоченная совокупность разнокачественных действий, осуществляемых элементами, образующими замкнутую систему, представляющую собой иерархию контуров циркуляции и преобразований информации в процессе осуществления концепции управления, образованную частными концепциями управления (целевыми функциями) в их совокупности. Управление — целостная функция: целостная в том смысле, что изъятие из неё тех или иных этапов делает данное управление невозможным, т.е. концепцию неосуществимой, а цели недостижимыми.