Системные аспекты управления

Формирование процессов, определяющих поведение системы, составляет задачу управления. Если развитие в аспекте генетико-прогностического описания предполагает изменение морфологии, расширение функций, изменение информационного описания, то при управлении остаются неизменными информационное и морфологическое описания в отношении элементного состава.

Управление, осуществляемое со стороны другой системы или среды, называется внешним, а управление внутри системы со стороны одной из подсистем — внутренним. Различают управляющую и управляемую подсистемы (системы). Часто их функции воздействия друг на друга весьма сложно переплетаются, особенно в биологических и биотехнических системах. Характерной особенностью управляемой системы является способность изменять поведение, местоположение, переходить в новое состояние под влиянием различных управляющих воздействий. При этом всегда подразумевается некоторое множество возможных новых состояний, положений, форм поведения, из которых осуществляется выбор. Таким образом, управление связано с целенаправленным выбором ответов системы из некоторого множества. Свойством управляемости обладают не любые системы. Необходимым условием наличия в системе хотя бы потенциальной возможности управляемости является ее организованность, т. е. наличие определенной структуры и целесообразного состава и наличие связей между элементами. Управление связано с переработкой информации. Для осуществления управления необходима связь между управляющей и управляемой системами (подсистемами). Такая связь может быть вещественной, энергетической и информационной, при этом для сложных, высокоорганизованных систем характерны информационные связи. От управляемой подсистемы осведомительная информация о ее режимах работы, состоянии и т. д. направляется к управляющим подсистемам, которые могут также получать информацию из окружающей среды. При необходимости управляющие подсистемы корректируют режим управляемых подсистем путем передачи управляющей информации. Последняя поступает на управляемую систему через эфферентные связи и эффекторную подсистему (эффекторные элементы), а осведомительная — через афферентные связи и рецепторную подсистему (рецепторные элементы). В сложных системах процесс переработки информации является многоступенчатым, включающим, например, сбор информации, кодирование, отбор и классификацию, передачу, декодирование, отображение, хранение и т. д.

Управление предопределено целевой функцией системы. Зависимость управляющего действия от состояния системы и среды называется законом управления. Его можно выразить в математической, логической или лингвистической формах, способ его формирования зависит от типа и свойств системы. Законы управления могут быть чрезвычайно разнообразны, их сложность изменяется в широких пределах. Вместе с тем самые сложные законы управления могут быть представлены последовательностью сравнительно простых единичных фактов, фактов переработки «порций» информации, эта последовательность определяет алгоритм управления. Время от поступления очередной порции информации до поступления управляющей команды называется длительностью цикла управления.

Управляющая информация может формироваться по ходу изменений ситуации на основании апостериорной информации о внешней среде и внутреннем состоянии системы или заранее, когда на основании априорной информации предсказывается развитие ситуации. Возможен смешанный способ формирования управляющих сигналов. Реализация управленческих функций может осуществляться, в виде централизованного и децентрализованного управления. Существуют также и промежуточные (смешанные) типы управления. Для биологических систем характерна также иерархическая структура управления, в которой управленческая информация передается «ступенчато» от верхних (центральных) подсистем к нижним (подчиненным), причем возможно несколько с"тупенек" передачи информации, соответствующих нескольким разнородным уровням организации внутри данной системы.

Формирование закона управления требует анализа информации и распознавания ситуации. Между ситуациями и поведением системы должно устанавливаться соответствие, оценка которого составляет основу управления.

Ошибки распознавания влекут за собой ошибки управления. Все многообразие методов формирования закона управления можно разделить на три группы: реакция, стереотип, моделирование.

Управление тесно связано с гомеостазом и характеризуется устойчивостью. Под гомеостазом понимается способность системы обеспечивать стабильность структуры и элементного состава, качественное выполнение функций и поддержание характеристических параметров в заданных пределах вне зависимости от случайных факторов воздействия. При этом основными источниками этих случайных факторов являются изменение внешних условий функционирования (например, атмосферные явления, помехи внешней среды и т. п.); случайные колебания нагрузки (включая и потоки информации); внутренние факторы (например, изменение режимов работы, естественное старение элементов, шумы внутреннего происхождения и т. д.). Следовательно, одним из важнейших свойств системы является ее адаптивность, позволяющая системе самооптимизировать свое поведение и структуру в условиях воздействия случайных факторов различного происхождения.

Верхним пределом гомеостатического состояния является оптимизация процесса управления, т. е. обеспечение качества управления при минимальных энергетических затратах за минимальное время. Гомеостаз поддерживается механизмами саморегулирования. Системы, которые способны устойчиво сохранять характер взаимодействия с внешней средой несмотря на возможные изменения внутренних и внешних факторов, называются самоорганизующимися.

Особое значение в синтезе самоорганизующихся систем имеет бионический подход, поскольку принципы адаптации и самоорганизации позволяют биологическим объектам успешно бороться за жизнь в условиях меняющейся внешней среды, изменяя в широком диапазоне свои характеристики и степень своего воздействия на внешнюю среду.

В обеспечении высокой эффективности управления значительная роль отводится обратным связям. Управляющая система непрерывно контролирует управляемую систему и вырабатывает команды управления в соответствии с состоянием управляемой системы и целью управления. Без этого невозможны процессы адаптации и самоорганизации, немыслимо существование живых систем. Особая способность систем формировать целенаправленное самостоятельное поведение, включающее предвидение, осуществляется при помощи обратных связей. Обратные связи можно разделить на положительную и отрицательную. Положительная обратная связь увеличивает чувствительность системы, отрицательная способствует устойчивости ее. Совместное их действие может оказать сильное формирующее влияние на процессы для поддержания их уровня при случайных внешних воздействиях. Исследование и описание комбинированных обратных связей представляет сложную задачу, особенно при их большом количестве, когда даже выявить их трудно.