При этом следует учитывать, что целевые функции эффективности, принятые при проектировании системы управления, могут существенным образом отличаться от целевых функций эффективности функционирования системы управления. Например, на стадии проектирования в качестве целевой функции эффективности может выступать минимум затрат на проектирование системы управления, а на стадии функционирования – максимум надежности системы управления и т. д.

Типы систем управления

Рассматривая типы систем управления, необходимо ввести ряд классификационных признаков. В таблице 2.1 представлена классификация систем управления, построенная на основе различных классификационных признаков.

Таблица 2.1. Классификация систем управления

Рассмотрим более подробно некоторые типы систем управления. По возможности дополнения системы управления новыми элементами и подсистемами выделяются открытые и закрытые системы управления. Открытая система может быть дополнена новыми элементами и подсистемами, т. е. это система с проницаемыми границами, имеющая входы и выходы для обмена с внешней средой ресурсами, в том числе информацией, которая является разновидностью интеллектуальных ресурсов предприятия. Закрытая система управления лишена возможности дополняться новыми элементами и подсистемами, т. е. это система с непроницаемыми границами, не имеющая входов и выходов для обмена с внешней средой ресурсами, включая информацию.

По типам связей между элементами выделяют жесткие и гибкие системы управления. В жестких системах управления связи между элементами и подсистемами заданы на этапе проектирования системы управления и в процессе ее функционирования изменению не подлежат. На уровне предприятия примером системы управления с жесткими взаимосвязями между элементами может служить непереналаживаемая автоматическая линия. Гибкие системы управления допускают изменение взаимосвязей между элементами в процессе функционирования системы. На уровне предприятия примером таких систем являются гибкие производственные системы, которые с минимальными затратами времени могут быть переналажены на выпуск продукции другой номенклатуры в пределах технологических возможностей системы.

По наличию вертикальных взаимосвязей системы управления разделяются на неиерархические (одноуровневые, плоские) и иерархические (многоуровневые). Для всех систем управления, построенных по иерархическому принципу, характерно такое свойство, как живучесть (устойчивость). Под живучестью (устойчивостью) системы управления понимается свойство этой системы противостоять возмущающим воздействиям внешней среды и выполнять свои функции в условиях такого воздействия. Благодаря свойству живучести (устойчивости) системы управления отказ какого-либо элемента (а иногда и подсистемы) не приводит к отказу всей системы управления, а только к некоторому снижению эффективности и результативности ее функционирования. Например, применительно к производственной системе, входящей в систему управления предприятием, в условиях многопоточной обработки выход из строя одного или нескольких агрегатов (станков) не приводит к остановке всей системы. Однако в этой ситуации снижается производительность и изменяется алгоритм управления подачей сырья и материалов, транспортировкой незавершенного производства и т. д. В технических и экономических системах живучесть (устойчивость) обеспечивается за счет резервирования, т. е. параллельного функционирования родственных элементов одинакового назначения. В технических системах управления работа по такому признаку получила название функционирование с «горячим» резервом .

По степени устойчивости отношений между элементами системы управления делятся на детерминированные, вероятностные (стохастические), хаотические и комбинированные. В детерминированных системах управления отношения между элементами и подсистемами носят устойчивый характер. Характер изменения этих взаимосвязей может быть определен с вероятностью, равной 100 %. В вероятностных (стохастических) системах управления отношения между элементами и подсистемами носят случайный (вероятностный) характер. Характер изменения этих взаимосвязей во времени точно предсказать невозможно, он может быть определен с вероятностью менее чем 100 %. В хаотических системах управления отношения между элементами и подсистемами носят непредсказуемый характер. Вероятность возникновения этих отношений вообще установить нельзя. В комбинированных системах управления отношения между элементами в различных подсистемах, а также между подсистемами в рамках всей системы управления носят различный характер – детерминированный, вероятностный (стохастический) или хаотический.

По степени сложности выделяют простые и сложные системы. Сложным системам присущи такие свойства, как уникальность и слабопредсказуемость. Простые системы управления характеризуются другими свойствами. Например, на уровне предприятия как системы управления отдельные его подсистемы характеризуются циклическим или регулярным характером функционирования.

При исследовании систем управления широкое распространение получил кибернетический подход к описанию систем управления. В соответствии с этим подходом появляется возможность с формальной точки зрения описать процесс функционирования систем различного класса (технических, экономических и т. д.). Выполнив такое описание, можно выявить общие закономерности построения и функционирования различных систем управления.

Если учесть, что устойчивость любой системы управления во многом обеспечивается за счет введение в систему механизма отрицательной обратной связи и организации процесса управления системой по отклонениям, то с точки зрения кибернетического подхода модель системы управления будет выглядеть следующим образом (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Модель кибернетической системы управления

Обозначения:

Y(t) – выходной сигнал объекта управления (ОУ), реакция на воздействие сигнала Х(t);

Х(t) – возмущающее воздействие внешней среды на объект управления;

∆Х(t) – управляющее воздействие, сформированное субъектом управления;

E(t) = Х(t) – ∆Х(t) – рассогласование (отклонение);

WОУ(t) – передаточная функция, характеризующая связь входного и выходного сигнала объекта управления;

WСУ(t) – передаточная функция, характеризующая связь входного и выходного сигнала субъекта управления.

На рисунке 2.1 приведена упрощенная модель замкнутой системы управления с обратной связью, т. е. входным сигналом для субъекта управления является Y(t)  – выходной сигнал объекта управления. Если сигнал Y(t) не соответствует целям управления, то возникает рассогласование и субъект управления воздействует на объект управления посредством сформированного сигнала ∆Х(t) . Воздействие сигнала E(t) = Х(t) – ∆Х(t) на объект управления должно обеспечить качество функционирования замкнутой кибернетической системы управления, а рассогласование привести к нулевому значению. Рассмотрим динамическую связь сигнала Х(t) по отношению к выходному сигналу системы Y(t) . С целью описания динамического состояния используем передаточные функции объекта управления и субъекта управления (рис. 2.1). Определим соотношение для значения сигнала E(t) , который имеет следующий вид:

так как

и

то

С другой стороны,

тогда

Из полученного выражения можем определить математическую зависимость, описывающую динамику системы управления между величинами выходного сигнала объекта управления Y (t) и возмущающего воздействия внешней среды Х (t) .

Таким образом, если нам удастся дать математическое описание функций, которые характеризуют объект управления и обратную связь в системе управления, то мы можем исследовать поведение этой кибернетической системы в зависимости от изменения входного сигнала X(t) и факторов, характеризующих параметры системы.

Воздействие в системе управления

Сигнал, обуславливающий изменение состояния системы и ее параметров, представляет собой воздействие в системе управления . Характер и направленность этого сигнала могут быть различными. Поэтому при исследовании систем управления различают:

• управляющее воздействие;

• компенсирующее воздействие;

• возмущающее воздействие.

Воздействие, осуществляемое с целью перевода системы управления из исходного состояния в желаемое состояние, представляет собой управляющее воздействие . Параметры управляющего воздействия в процессе управления (например, потоки различных видов ресурсов) можно целенаправленно изменять. Это изменение позволяет выбрать оптимальный вариант функционирования системы управления.

На систему управления оказывают влияние факторы внешней и внутренней среды. Воздействие этих факторов может негативно влиять на процесс функционирования системы управления. В этом случае в системе управления возникают возмущающие воздействия , обусловленные появлением негативных факторов внешней и внутренней среды. Применительно к предприятию, рассматриваемому в качестве системы управления, такими факторами, возникающими во внешней среде, могут быть изменение налоговых ставок, ставки рефинансирования, возникновение рисков в сфере инновационной деятельности предприятия. Негативными факторами, возникающими во внутренней среде предприятия, могут быть отказ оборудования, увольнение ключевых сотрудников и т. д.

Стремление противодействовать возмущающим воздействиям приводит к появлению в системе управления компенсирующих воздействий . Эти воздействия являются разновидностью управляющих воздействий на систему управления и направлены на минимизацию негативного влияния возмущающих факторов внешней среды. Как правило, компенсирующее воздействие реализуется путем введения в систему управления дополнительного объема ресурсов. На уровне предприятия это может быть создание страхового (резервного) запаса сырья и материалов в производственной подсистеме, создание запаса финансовой прочности в финансовой подсистеме и т. д.

Разновидностью управляющих воздействий также являются регулирующие воздействия . Эти воздействия позволяют регулировать распределение во времени и пространстве различных ресурсов, потребляемых системой управления. Например, на уровне предприятия в качестве регулирующего воздействия можно рассматривать револьверное кредитование, при котором предприятие берет кредитные ресурсы у банка частями, учитывая инвестиционные потребности, возникающие при реализации крупных инвестиционных проектов.

Методы описания системы управления

Для целей исследования необходимо описать процесс и результаты функционирования системы управления. Такое описание может быть выполнено различным образом, например с помощью:

• математических (экономико-математических) моделей;

• графических методов.

В теме 2 нами было отмечено, что если получится математически описать функции, которые характеризуют объект управления и обратную связь в системе управления, то потом возможно проводить исследование рассматриваемой кибернетической системы. Такой подход применим для характеристики физических, технических, производственных, экономических и других систем управления. Методы математического описания не связаны с природой системы и с особенностями исследуемого объекта управления, они направлены на идентификацию свойств и познание изучаемой системы управления. В этом заключается уникальность и универсальность кибернетического подхода исследования систем.

С точки зрения управления экономические задачи недостаточно хорошо поддаются структурированию, поэтому не всегда математическую модель можно построить однозначным образом. Это связано с тем, что цели деятельности экономических систем, особенно в условиях глобализации и макровоздействий, порой четко сформулировать не представляется возможным. При исследовании систем управления по-разному можно подходить к построению моделей и описанию одних и тех же процессов. Это зависит от субъективного подхода исследователя, его профессиональной подготовленности, опыта и степени проработанности процессов, происходящих в исследуемом объекте. Поэтому при математическом описании деятельности предприятия, в отличие от описания технических процессов, кроме изучения воздействия факторов внутренней и внешней среды необходимо учитывать влияние сложных социально-экономических проблем. В такой ситуации возникает вопрос, как спрогнозировать предприятию объем выпуска продукции, ее рыночную цену и спланировать продажи с ориентацией на рост денежных доходов населения, укрепление покупательной способности национальной валюты, насыщение сферы потребления качественными и доступными по стоимости товарами. Корректно и конструктивно реализовать задачу построения математической модели такого рода сложноструктурируемых экономических задач можно с помощью итеративного подхода, т. е. подхода, предполагающего постоянное изучение, развитие и обновление математической модели деятельности предприятия (изменение исходных параметров, включение новых и удаление ранее используемых элементов, создание связей и т. д.). Таким образом, для целей исследования необходимо не только описать процесс и результаты функционирования системы управления, но и совершенствовать математическую модель, адаптируя ее к реальному объекту и условиям деятельности предприятия.

Простым примером описания результатов функционирования предприятия как системы управления является совокупность математических моделей, характеризующих формирование экономических результатов деятельности предприятия:

• экономико-математическая модель для определения выручки от реализации продукции предприятия (В) имеет вид: