Системный подход к решению задач

АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

НА ТРАНСПОРТЕ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

Совокупность управляющих воздействий, направленных на то, чтобы действительный ход процесса соответствовал желаемому, называют управлением. Предполагается, что существует некоторый орган, систематически или по мере необходимости вырабатыва­ющий управляющие воздействия. Такой управляющий орган при­нято называть системой управления. Управление обычно осуществ­ляется через исполнительные органы, которые изменяют действи­тельный ход процесса. Управление должно быть целенаправлен­ным, т.е. управляющие воздействия необходимо скоординировать между собой, чтобы исключить возможность воздействий, проти­воположных друг другу.

Управление предполагает наличие управляемого объекта или группы объектов (живой организм или его часть, отдельный меха­низм или технологическая установка, предприятие или отрасль народного хозяйства и т.д.). Управляющий орган вырабатывает уп­равляющие воздействия, направленные на поддержание или улуч­шение функционирования управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой или целью управления. Процесс управле­ния — это целенаправленное воздействие управляющей системы на управляемую, ориентированное на достижение определенной цели и использующее главным образом информационный поток. Оптимальное управление заключается в выборе наилучших управ­ляющих воздействий из множества возможных с учетом ограниче­ний и на основе информации о состоянии управляемого объекта и внешней среды.

Управление коллективами считается одной из наиболее слож­ных областей человеческой деятельности. В системах администра­тивного или организационного управления управляющее воздей­ствие заключается в принятии решений, планировании и опера­тивном управлении, реализуемых на более низких уровнях управ­ления, а также в контроле принятых решений. Людей, выполня­ющих эти функции, называют администраторами или руководите­ лями. Применяют термины «менеджер» — руководитель, управля­ющий — и «менеджмент» — административное управление.

В производственных системах человек с помощью технических средств,  которыми он манипулирует, непосредственно управляя технологическим или производственным процессом. Человека, осуществляющего такое управление, называют оператором, а систему, составным элементом которой является оператор, называют эргатической (от греч, эргатес — действующее лицо, деятель).

Учитывая, что технология — это правила действия с использо­ванием каких-либо средств, которые являются общими для целой совокупности задач или задачных ситуаций. Если реализация тех­нологии направлена на выработку управляющего воздействия, то это технология управления.

Уровень управления производственным процессом является важ­нейшим фактором, определяющим уровень эффективности про­изводства. Особые требования к управлению предъявляются в орга­низации автомобильных перевозок. Производственный процесс автоперевозок должен органически объединять производственные процессы клиентов, непосредственно связывая в единый цикл операции от момента возникновения потребности в информации до получения продукции, включая удовлетворение потребностей, напрямую не связанных с конкретными материальными объекта­ми. Управление автомобильными перевозками представляет собой достаточно сложную комплексную систему, включающую в себя органы, кадры и технику управления.

В системе, где происходят материальные процессы, связанные с переработкой сырья, движением финансов, использованием механизмов и машин и так далее, они реализуются лишь через деятельность людей, входящих в данную систему, и находятся в прямой зависимости от их поведения. Поэтому автоматизация де­ятельности персонала напрямую влияет и на производство.

Особую актуальность проблема внедрения в производство со­вершенной организационной системы управления (ОСУ) приоб­рела в условиях рыночной экономики. Автоматизированная си­стема управления в отличие от автоматических систем предпола­гает участие в управлении человека, выступающего в качестве субъекта управления и выполняющего функции интегрирующего звена.

Определим понятие «система». Оно широко используется в на­уке, технике и повседневной жизни, когда говорят о упорядочен­ной совокупности каких-либо элементов. Система является фунда­ментальным понятием таких теоретических дисциплин, как си­стемотехника, общая теория систем, исследование операций, сис­темный анализ. Система — это объективное единство закономерно связанных предметов, явлений, сведений, а также знаний о при­роде, обществе и т.п. Каждый объект считается системой, если обладает четырьмя основными свойствами или признаками: целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью.

Система — это, прежде всего целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система — целостное обра­зование и, с другой — в ее составе отчетливо могут быть выделены отдельные объекты (элементы). Для системы первичным является признак цел о с т н ости, т. с. она рассматривается как единое це­лое, состоящее из совместимых взаимодействующих частей, часто разнокачественных.

Наличие устойчивых связей (отношений) между эле­ментами или (и) их свойствами, более прочными, чем связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему также является важным атрибутом системы.

Организация характеризуется упорядоченностью элемен­тов системы и определяет ее структуру.

Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.

Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы:

1)система не сводится к простой совокупности элементов;

2)расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из
них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.

Любой объект, который обладает всеми, рассматриваемыми свойствами, можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объедине­ния в систему) могут образовывать различные по свойствам си­стемы. Поэтому характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее эле­ментов, сколько характеристиками связей между ними. Добав­ление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всех прежних взаимосвя­зей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых.

АСУ представляет собой организационно-техническую систе­му, обеспечивающую выработку решений на основе автоматиза­ции информационных процессов. В зависимости от сферы автома­тизируемой деятельности автоматизированные системы (АС) раз­деляют на:

*АС управления (ОАСУ, АСУП, АСУ ТП, и др.);

*системы автоматизированного проектирования (САПР);

*АС обработки информации (АСОИ);

*АС технологической подготовки производства (АСТПП);

*АС контроля и испытаний (АСК);

* системы, автоматизирующие сочетания различных видов дея­тельности.

АС реализуют информационную технологию (ИТ) в виде определенной последовательности информационно связанных функ­ций, задач или процедур, выполняемых в автоматическом режиме. Н настоящее время говорят о новых ИТ.

Новая информационная технология — это технология, которая основывается на активном использовании компьютеров пользова­телями-непрофессионалами в области программирования с высо­ким уровнем дружественного пользовательского интерфейса, ши­роким применением пакетов прикладных программ общего и про­блемного направления, использованием режима реального време­ни, работой с удаленными базами данных и программами благодаря наличию Интернет-доступа.

Под автоматизированной информационной технологией управле­ ния (АИТУ) понимается система методов и способов сбора, на­копления, хранения, поиска, обработки и защиты управленчес­кой информации на основе применения развитого программного обеспечения (ПО), средств вычислительной техники (ВТ) и свя­зи, а также способов, с помощью которых эта информация предо­ставляется пользователям.

Структура конкретной АИТУ для своей реализации предпола­гает наличие трех составляющих:

*комплекса технических средств, объединяющего вычислитель­ную, коммуникационную и организационную технику;

*системы программных средств, состоящей из системного (об­щего) и прикладного ПО;

*системы организационно-методического обеспечения, вклю­чающей в себя инструктивные и нормативно-методические мате­риалы по организации работы управленческого и технического пер­сонала в рамках конкретной АИТУ обеспечения управленческой деятельности.

В многоуровневых АИТУ одинаково успешно могут быть ре­шены как проблемы оперативной работы с информацией, так и проблемы анализа экономических ситуаций при выработке и при­нятии управленческих решений. Потребность в аналитической работе при переходе к рынку в условиях образования новых орга­низационных структур, функционирующих на основе различ­ных форм собственности, неизмеримо возрастает. Эта задача ре­шается путем совершенствования интегрированной обработки информации, когда новая ИТ начинает включать в работу базы знаний.

В настоящее время критериями эффективности АС являются степень оперативности в принятии решений и возможность ис­пользования экономико-математических методов и моделей для анализа конкретных финансово-производственных ситуаций.

В настоящее время выделяют четыре основные тенденции раз­вития ИТ управления.

1.Изменение характеристик информационного продукта, который все больше превращается в гибрид результатов расчетно-аналитической работы и услуги, предоставляемой индивидуальному пользователю ПК.

2.Параллельное взаимодействие логических АИТУ, совмеще­ние различных видов информации (текста, графики, цифр, зву­ков) с ориентацией на одновременное восприятие человеком по­средством органов чувств.

3.Ликвидация всех промежуточных звеньев на пути от источни­ка информации к се потребителю. Например, становится возмож­ным непосредственное общение автора и читателя, продавца и покупателя, певца и слушателя, преподавателя и обучающегося, ученых и специалистов через систему видеоконференций, электронную почту и т.п.

4.Глобализация информационных технологий в результате ис­пользования спутниковой связи и всемирной сети Интернет, бла­годаря чему люди смогут общаться между собой и с общей базой данных, находясь в любой точке планеты.

Таким образом, АСУ — это человекомашинная система, пред­назначенная для сбора, обработки и выдачи информации, необ­ходимой для оптимизации управления в различных сферах челове­ческой деятельности. АСУ базируется на использовании экономи­ко-математических методов, средств ВТ и связи для отыскания и реализации наиболее эффективного управления объектом.

На рис. 1.1 представлена классификация АСУ по наиболее рас­пространенным признакам. Объектами управления в АСУ являют­ся системы организационно-экономического типа, к которым от­носятся предприятия, производственные объединения, отрасли народного хозяйства, территориальные и промышленные комп­лексы.

Специфика построения организационной системы управления (ОСУ) с применением АСУ связана с тем, что цели, которых надо достичь, часто формулируются недостаточно определенно. В связи с этим возникает первоначальная задача — уточнение конкретных целей.

Для обеспечения управляемости организационная система дол­жна иметь замкнутый контур управленческих процедур, основан­ных на анализе информации объекта управления, т.е. в основе си­стемы должен лежать принцип обратной связи.

Характерной особенностью автотранспортного производства, влияющей на формирование системы управления, является его динамичность. Автотранспортное обслуживание как набор взаимо­связанных структур представляет собой сложную динамическую систему, в которой большое место занимают стохастические процессы. Динамичность наблюдается и в процессе транспортировки как таковом, где участвуют множество подвижных единиц (ПЕ), а также в процессе технического обслуживания и ремонта, когда количество технических воздействий на подвижной состав (ПС) является переменной величиной и находится под влиянием мно­жества внешних и внутренних причин.

Еще одной специфической особенностью автотранспортных систем является территориальная разобщенность объектов и отда­ленность их от координирующих органов управления, при усло­вии разнотипности организационных форм участников процесса перевозки. Для автотранспортного предприятия (АТП) кроме тра­диционных характеристик (среднесписочное количество ПЕ, струк­тура парка автомобилей, наличие или отсутствие производствен­но-технической базы, преимущественный вид перевозок: грузо­вые, пассажирские, смешанные), в настоящее время важнейшей является гибкость организационной структуры.

Отсюда следует, что для АТП как объекта управления, харак­терны следующие отличительные особенности.

1. Зависимость функционирования АТП от технологических про­цессов клиентов, а также влияние перевозочного процесса на экономические результаты их деятельности.

2.Зависимость активности элементов организационной струк­туры и эффективности управления от внешних условий.

3.Динамичность и стохастичность, обусловленные одновременным воздействием множества факторов, часть из которых имеет элементы случайности.

Сущность управления автотранспортными перевозками заклю­чается в обеспечении целенаправленного, планомерного воздействия управляющей системы на перевозочный процесс с использовани­ем различных методов и средств по определенной технологии с целью повышения ритмичности работы транспорта, равномерной загрузки транспортной сети (ТС), своевременности доставки гру­зов. Исходя из этого систему управления на автомобильном транс­порте необходимо рассматривать как обособленную управляющую. Поскольку процесс управления автомобильными перевозками осу­ществляется циклически и носит относительно замкнутый харак­тер, в управляющей системе цикл начинается со сбора информа­ции о состоянии управляемого объекта. Затем полученная инфор­мация используется для выработки решений и, наконец, эти ре­шения доводятся до исполнителей. С изменением условий работы на управляемом объекте поступает новая информация, и цикл повторяется снова.

Таким образом, в основе принятия управленческих решений лежит информация о поведении объектов управления. Базой для ее получения служит поток данных, поступающий от уп­равляемого объекта по каналам обратной связи.

Чаще всего понятия «информация» и «данные» отождествляют­ся, и в то же время им дается различное толкование в зависимости от их применения. Четкое определение этих понятий, их сущность и роль в системе управления во многом обусловливают подход к исследованию и методам проектирования ИС.

Данные вводятся в информационную систему, накапливаются, хранятся и в результате преобразования и фильтрации могут пред­ставлять собой информацию для пользователя. Информация после ее анализа и использования в принятии управленческих решений также может накапливаться и преобразовываться. Однако для кон­кретного пользователя она уже перестает быть информацией и мо­жет трактоваться как данные, характеризующие тот или иной эко­номический процесс. Заметим, что пользователю другого уровня управления эти данные могут представляться как информация.

Следовательно, сведения о производственных объектах и про­цессах имеют двойственный характер при их использовании. Со­гласно современным представлениям, информацией считают лишь новые данные, принятые, понятные и оцененные как полезные конечным пользователем. Понятие «информация» неразрывно свя­зано с пользователем. Данные становятся информацией только в том случае, когда удовлетворяются информационные потребности пользователя (ИПП) для принятия управленческих решений. Лишь после получения данных, их смысловой оценки и отбора, они становятся информацией. Термин «информация» — один из самых популярных в нашем лексиконе. В него вкладывается широкий смысл, и, как правило, его объяснение дается на информационном уровне. Информация передается по телефону, телегра­фа радио, телевидению. Она хранится в библиотеках, архивах, данных. Одно и то же сообщение одному получателю может дать много информации, а другому — мало или ничего. «Инфор­мировать» в понимании теории информации означает сообщать ранее неизвестное. Так как информацию можно хранить, преобразовывать и передавать, должны быть ее носители, передатчики, 1 связи и приемники. Эта среда объединяет источники ин­формации и ее получателей в информационную систему. Когда речь идет о человеке как участнике информационного процесса, име­ется в виду смысловая или семантическая информация.

На рис. 1.2 отображены функции данных и знаний в процессе принятия решения.

Какова же граница между данными и знаниями, что такое зна­ния? Вот их основные свойства.

1.Знания могут быть представлены в форме данных. В частно­сти, в виде текста на некотором формальном языке, в виде сети, задающей связи разного рода между элементами знаний. Из этого свойства следует, что знание есть некоторая более высокая сте­пень организации данных, которая допускает специальную интер­претацию (см. рис. 1.2).

2.В системах поддержки принятия решений, экспертных систе­мах процесс управления определяется знаниями и почти не зави­сит от устройства системы.

3.Знания могут содержать процедурную часть — программы. Но применение этих программ управляется знаниями, в частности связывание параметров и запуск программ могут происходить ав­томатически внутри системы, использующей знания, без ведома того, кто запустил процесс, использующий знания.

4.Знания делятся на отдельные фрагменты — описания объек­тов, процессов, ситуаций, явлений. Такие фрагменты (модули зна­ний) называются фреймами. Фреймы могут быть связаны друг с другом родовидовыми отношениями, могут быть и узлами семан­тических сетей.

5.При работе со знаниями важна прагматическая сторона — знания всегда используются для чего-то, в частности для решения задач, какую бы сложную структуру они ни имели.

Целесообразно различать три вида знаний:

«предметное, или фактографическое, знание, складывающееся из наборов количественных и качественных характеристик разли­чных конкретных объектов;

* алгоритмическое знание — знание методов, способов, проце­дур некоторых действий, приводящих к конкретному результату;

*понятийное, или концептуальное, знание, складывающееся из совокупности основных терминов, применяемых в той или иной сфере деятельности (предметной области), понятий, кроющихся за этими терминами, их свойств, взаимосвязей и зависимостей.

Исходя из этого данные, используемые для выработки управ­ленческих решений в реальном времени, т.е. в момент их форми­рования, непосредственно становятся информацией. Те желан­ные, которые накапливаются для возможного дальнейшего их использования в отсроченном режиме (например, для задач бух­галтерского и статистического учета), могут классифицироваться как «потенциальная информация». На рис. 1.3 представлены возможные варианты использования данных в качестве информации для принятия управленческих решений.

Естественно, что ИС может по запросу выдавать и данные, т.е. известные факты для отчетности, подтверждения каких-то собы­тий или ситуаций. Данные могут служить базой для принятия уп­равленческих решений так же, как и информация. Но на практике при управлении производственным процессом данные, характе­ризующие его ход, слишком разнообразны и объемны, принимать решение в этом случае очень сложно. Оперативность принятия уп­равленческих решений достигается в том случае, когда базой для их принятия служат не данные, а информация, т.е. отобранные данные, конкретизирующие определенную ситуацию (достаточ­ные и необходимые для принятия решений).

Рассматривая критерии оценки информации, следует определить понятия «количество» и «качество». Исследованием методов передачи, хранения и приема информации занимается теория ин­формации, инструментами которой служат теория случайных про­цессов, теория кодирования, математическая статистика, теория вероятностей. Внимание к проблеме передачи и количественной оценки информации было привлечено фундаментальными рабо­тами Н. Винера и К. Шеннона (США), положившими начало теории информации. Значительный вклад в теорию информации внесли отечественные ученые А.Н.Колмогоров, А.А.Харкевич, В. А. Котельников, работы которых хорошо известны специалис­там во всем мире.

Важнейшим этапом в теории информации явилась количественная оценка информации, т.е. введение понятия энтропии.

Так как информация устраняет некоторую неопределенность, т.е. незнание, то описание любого события или объекта формаль­но можно рассматривать как указание на то, в каком из возмож­ных состояний находится описываемый объект. Тогда протекание событий во времени есть не что иное, как смена состояний, вы­бранных с некоторой вероятностью из числа всех возможных. Чем выше уровень неопределенности выбора, тем больший объем ин­формации требуется, и результат выбора имеет значительную сте­пень неожиданности. Вот почему в теории информации количе­ство информации является мерой снятия неопределенности одной случайной величины в результате наблюдения за другой.

Самым простейшим случаем является выбор альтернативы из двух событий. Поэтому за единицу информации целесообразно принять количество информации, заключенное в выборе одного из двух равновероятных событий. Эта единица называется двоичной единицей, или битом (binary digit, bit). Итак, при любой неопреде­ленности сужение области выбора вдвое дает одну единицу инфор­мации.

Формулу измерения количества информации можно пояснить следующим образом: для снятия неопределенности в ситуации из двух равновероятных событий необходим один бит информации; при неопределенности, состоящей из четырех событий, достато­чно двух бит информации, чтобы определить искомый факт. Это рассуждение можно продолжить: 3 бита информации соответству­ют неопределенности из 8 равновероятных событий, 4 бита — 16 равновероятных событий и т.д. Таким образом, если сообщение указывает на один из п равновероятных вариантов, то оно несет количество информации, равное 1оё₂«- Действительно, из наших примеров 1оg₂16 = 4, log₂8 = 3 и т.д.

Будем различать понятия «информация» и «сообщение». Под сообщением обычно подразумевают информацию, выраженную в определенной форме и подлежащую передаче. Сообщение — это форма представления информации. Есть разница между количе­ством хранимой или переданной информации, представленной в двоичных единицах, и количеством информации, заключенным в данном сообщении. С точки зрения теории информации, неопреде­ленность, снимаемая в результате передачи одной страницы текста примерно из 2000 знаков, может составить всего несколько бит, в то время как эта же страница при кодировании букв 8-элемснтны-ми кодовыми комбинациями будет содержать 16-10³ бит, хотя это не есть количество информации, заключенное в данном тексте.