2. Системы управления
2.1. Определение понятия «система управления»
Система (от греческого sistema-целое, составленное из частей; соединение) – это множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов любой природы, составляющих целостное образование. Взаимодействие между элементами системы обеспечивается наличием связей между ними, которые определяют структуру системы.
Структура (от латинского structura - строение, расположение, порядок) - совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях.
Под структурой обычно понимается внутренняя организация системы: количество элементов, их состав, вид и характер связей и взаимоотношений между ними. Структура системы характеризует способ организации элементов в систему с определенными свойствами путем установления между ними взаимоотношений. Структура и свойства элементов определяют индивидуальные характеристики системы и позволяют рассматривать ее как целостное образование. При этом системе могут быть присущи свойства, которыми не обладают ее элементы.
Множество элементов, составляющих систему, всегда можно сгруппировать по некоторым признакам в обособленные части (подсистемы). Способы организации элементов в систему немногочисленны. Различают следующие структурные схемы соединений: цепочечную (линейную), кольцевую, радиальную, магистральную и комбинированную. В цепочечной структурной схеме (рис. 2.1, а) элементы последовательно включаются в цепочку, в которой предполагается связь элемента Э с предыдущим и последующим элементами. В кольцевой структурной схеме (2.1, б) два рядом стоящих элемента связаны между собой, а вся система замкнута в единое кольцо. В радиальной структурной схеме (рис. 2.1, в) все элементы связаны через магистраль с элементом Эо, выполняющим роль центра системы, через который осуществляется связь между ними. В магистральной структурной схеме (рис. 2.1, г) все элементы связаны между собой через общую магистраль. Примером комбинированной структурной схеме может быть древовидная структурная схема (рис. 2.1, д). В таких схемах просматривается многоуровневая зависимость конечных элементов от центрального. Как видно из рассмотренных структурных схем, они могут быть замкнутыми и разомкнутыми, а по способу управления централизо-ванными и децентрализованными.
Сложные системы имеют многоуровневую структуру организации в функциональном или других планах и относятся к так называемым иерархическим системам.
Одну и ту же совокупность элементов можно рассматривать либо как систему, либо как часть некоторой более крупной системы, т. е. множество элементов системы можно разделить на подмножества. Часть системы, образованная из элементов подмножества, называется подсистемой, которая, в свою очередь, может подразделятся на подсистемы следующего уровня.
Иерархическая система может рассматриваться как совокупность систем разного уровня подчинения, в которой системы одного уровня подчинения оказывают управляющее воздействие на подсистемы следующего, более низкого, иерархического уровня.
Понятие системы ограничивается некоторым множеством элементов. За пределами системы может существовать множество элементов, с которыми она взаимодействует. Это множество принято называть внешней средой. Системы, не имеющие внешней среды, называются изолированными. В реальном мире не существует изолированных систем.
Разделение множества взаимосвязанных элементов на систему и внешнюю среду условно и зависит от характера решаемой задачи, существенности взаимосвязей между рассматриваемыми элементами, объема знаний об объекте и т.д. Определяя объект как систему, мы с определенных позиций выделяем систему из внешней среды, указываем входные и выходные связи, устанавливаем переменные физические величины и их параметры, которыми должно описываться состояние системы.
Все системы функционируют на основе объективно существующих законов, явлений природы, которые действуют при определенных значениях параметров окружающей среды. Изменение значений этих параметров являются возмущающими воздействиями на систему управления, которые сначала приводят к отклонению технических характеристик системы управления, а затем к полному прекращению функционирования и разрушению. Эти процессы происходят в результате естественных природных процессов и деятельности человека.
Любая система предназначена для решения определенной задачи. Самым существенным фактором в организации целостной системы, к какой бы категории она не относилась, является передача в ней информации. Только благодаря непрерывному обмену информацией между отдельными частями системы осуществляется их организованное взаимодействие.
На современном предприятии реализуется огромное количество задач управления, которые решаются с помощью самых разнообразных систем управления: технических, технологических, производственно-экономических.
Технические системы – например, автомобиль, трактор, транспортная и технологическая машина. В качестве примера технологической системы может служить процесс выплавки стали, получение бензина и др.
Отличительной особенностью управления какой-либо машиной или системой машин (технологическими или техническими системами) является то, что управляющее воздействие, вырабатываемое управляющим механизмом машины, направлено на поддержание заранее заданных законов изменения управляемых величин во времени, так как в любой машине взаимодействие исполнительных механизмов с механизмом управления заложено в их технической структуре. Таким образом, функционирование технических систем определяется физико-химическими закономерностями и не зависит от психологических, социальных и экономических факторов.
Производственно-экономические системы, например, управления технологического транспорта, техническая служба комплексного автотранспортного предприятия и др. обладают всеми признаками больших кибернетических систем. Главной отличительной особенностью производственно-экономических систем является то, что объектом управления в таких системах является производственный процесс, основным элементом которого является трудовой процесс или непосредственные участники производственного процесса – люди.
К производственно-экономическим системам управления можно отнести и социальные, социально-экономические системы. Принципы и методы функционирования у них общие.
Функционирование производственно-экономических систем опре-деляется экономическими, социальными и психологическими закономер-ностями, и существенным образом зависит от поведения участников процесса производства – людей (или, как часто говорят, «от человеческого фактора»).
Основное отличие управления производством от управления какой-либо машиной (технологическим процессом) заключается в том, что управляющее воздействие на процесс производства, рассматриваемое со стороны содержания, ведет к изменению организационной системы и переводу ее в новое состояние в соответствии с критериями цели. При этом возможности для изменения различных составляющих производст-венного процесса заложены в самом объекте управления (производст-венном процессе).
Имеются также принципиальные различия в механизме влияния помех на процесс функционирования этих объектов и способах их подавления (подробнее особенности функционирования технических и производственно-экономических систем управления рассмотрены в гл.6).
Понятие системы широко используется во многих отраслях науки и практики. Различают материальные и абстрактные системы. К материаль-ным системам относятся:
системы неорганической природы (физические, геологические, химические и др.);
живые системы (простейшие биологические системы, организмы, популяции, виды, экосистемы).
К абстрактным системам относятся:
понятие, гипотезы, теории, лингвистические (языковые) системы, формализованные системы, логические системы и др. Однако, теория управления (кибернетика) оперирует только с системами управления.