Систематический курс 11 класс Для классов гуманитарного профиля Допущено

Вид материала

Учебник

Содержание Основное положение кибернетики Назначение обратной связи

Подобный материал:

• Элективный курс по химии 10-11 класс для профильного обучения. «Введение в биохимию, 103.1kb.
• Программа курса химии для школ и классов гуманитарного профиля (третья ступень обучения), 99.49kb.
• Элективный курс «русская речь: развитие речи», 57.53kb.
• Программа дополнительного образования, 78.63kb.
• Программа элективного курса "Издательское дело", 73.93kb.
• Систематический курс (в трёх томах) Том, 7018.51kb.
• Зимина Ирина Викторовна 2010 год пояснительная записка, 94.37kb.
• Желябовская Татьяна Олеговна, учитель русского языка и литературы моу сош №1 города, 61.66kb.
• Курс лекций по организации производства на предприятиях отрасли, 1731.03kb.
• Пояснительная записка к программе «Страноведение. Великобритания» для учащихся 9-х, 65.3kb.

§ 3.1 Общие принципы управления



Слово «управление» в современном мире употребляется столь же часто, как и слово «информация». Однако, чтобы детально разобраться в сущности данного понятия, требуют­ся определенные усилия.

Пример. Автомобиль привезет пассажиров в нужное место, если водитель будет правильно им управлять. Компьютер поможет решить вам практически любую учебную задачу, если уметь управлять им. При эффективном управлении коллектив школы может добиться хороших показателей.

Грамотное управление страной, как правило, приводит к миру и повышению благосостояния ее жителей. Во всех этих примерах можно выделить:

• объект управления (автомобиль, компьютер, коллектив школы, население страны);
  
• управляющую систему (водитель, пользователь компью­тера, администрация школы, правительство), которая ча­сто носит название «субъект управления»;
  
• цель управления (добраться до нужного места, получить ответ задачи, повысить успеваемость, повысить благосос­тояние населения);
  
• управляющие воздействия (поворот руля и нажатие педа­лей, последовательность команд, поощрения и наказа­ния, приказы и законы);
  

• реакцию объекта управления на управляющее воздейст­
вие (перемещение автомобиля, сообщения о выполнении
команд компьютером, рост количества хороших оценок,
увеличение статистических показателей благосостояния).
Итак, основными компонентами управления являются

цель управления, субъект и объект управления, среда, в ко­торой осуществляется деятельность субъекта и объекта, управляющее воздействие, прямая и обратная связь, резуль­тат управления. Рассмотрим их более подробно.

Пример. Рассмотрим простейшую ситуацию. Человеку необходи­мо попасть из точки А на берегу реки в точку В на дру­гом берегу. В его распоряжении есть лодка, которой он умеет управлять.

Рис. 3.1.1

Управление лодкой

В этом примере:

• цель — попасть в точку В;
  
• субъект управления — человек;
  
• объект управления — лодка;
  
• внешняя среда — река;
  
• промежуточный результат — лодка находится в точке М. Все эти вместе взятые компоненты образуют систему
  

управления.

Субъект управления, в данном случае человек, ставит пе­ред собой вполне определенную цель, в данном случае пере­правиться на другую сторону реки. С точки зрения управле­ния, достижение цели есть изменение состояние системы — переход из начального состояния (человек в точке А) в ко­нечное состояние (человек в точке В). При этом воздействие внешней среды — течение реки — влияет на выбор управля­ющего воздействия.

Процесс управления состоит в том, что имея информаци­онную модель конечного состояния системы, субъект управ­ления воздействует на управляемый объект — лодку. Однако в процессе управления ему приходится считаться с течением реки. Для этого он периодически оценивает текущее состоя­ние системы, например, свое положение в точке М, и сравни-

вает его с желаемым состоянием. В зависимости от результа­та сравнения субъект управления вырабатывает очередное управляющее воздействие.

Безусловно, здесь мы имеем дело с некоторой моделью процесса управления. Всякая модель, с одной стороны, яв­ляется результатом формализации, с другой — базируется на некоторых предположениях. Отметим базовые предполо­жения данной модели:

• цели управления, поставленные субъектом или получен­ные им извне, не меняются в процессе управления (по крайней мере в течение определенного времени);
  
• цели управления можно выразить на языке состояний объекта управления. Более того, если состояние объекта можно описать через значения совокупности количест­венных параметров, цель управления нередко формули­руется как достижение объектом некоторых фиксирован­ных значений этих параметров;
  
• объект управления в общем случае не может влиять ни на цели управления, ни на принятие решений субъектом и выработку управляющих воздействий;
  
• управляющие воздействия вырабатываются субъектом на основе анализа информации о текущем состоянии объек­та, которая позволяет оценить, насколько велика разни­ца между текущим и желаемым (целевым) состоянием;
  
• управляющее воздействие может иметь различную при­роду, но в общем случае оно является материальным или информационным;
  
• сущность и способы реализации управляющих воздейст­вий могут быть самыми различными, в общей модели управления они, как правило, не уточняются;
  
• внешняя среда может не оказывать никакого влияния на процесс управления (быть нейтральной), может способст­вовать достижению цели и может оказывать негативное воздействие на процесс управления.
  

В этих предположениях общая схема управления выгля­дит так, как показано на рис. 3.1.2.

Подобная схема есть адекватная модель процесса управ­ления для многих систем.

Основное положение кибернетики таково: общие принци­пы и закономерности управления справедливы для сис­тем различной природы. Эта общность проявляется преж­де всего в том, что управление по своей сути есть совокупность информационных процессов. Осуществление



Рис. 3.1.2. Два варианта общей схемы управления

процесса управления сопряжено с передачей, накоплением, хранением и переработкой информации, характеризующей управляемый объект, ход процесса, внешние условия, про­грамму деятельности и пр. Управление невозможно без того, чтобы объект управления (будь то машина или автоматиче­ская линия; предприятие или войсковое соединение; живая клетка, синтезирующая белок, или мышца; текст, подлежа­щий переводу, или набор символов, преобразуемый в худо­жественное произведение) и управляющее устройство (мозг и нервная ткань живого организма или управляющий авто­мат) обменивались между собой информацией.

Пример. Перед конструкторским бюро поставлена цель - спроек­тировать новый самолет, который мог бы перевозить тя­желее грузы и пассажиров на большие расстояния. ЭтД общая цель конкретизируется путем установки пара­метров будущего самолета, то есть параметров той систе­мы, которую представляет собой самолет: дальность по­лета без дозаправки не менее, скажем, 7000 км, грузоподъемность — 20 т, скорость — 800 км/час, высо­та подъема — 12000 м.

Субъект управления — главный конструктор — выдает управляющие воздействия в виде идей, планов, прика­зов Ш т. п. Объектом управления в данном случае явля­ются члены конструкторского бюро. Обратная связь осу­ществляется на основе схем, чертежей, моделей самолета и его отдельных узлов, которые конструктор­ское бюро предоставляет главному конструктору.

Чтобы достигнуть поставленной цели, субъект управле­ния должен получать информацию о текущем состояний управляемого объекта, анализировать ее, принимать реше­ние на основе обработки этой информации, прогнозировать последствия принимаемого решения, определять способы доведения управляющих воздействий до объекта и многое другое.

Итак, основой управления являются информационные процессы. Управление предполагает постоянный сбор ин­формации о состоянии управляемой системы и среды, в ко­торой эта система функционирует. Определение количества и состава информации, необходимой для выработки управ­ляющих воздействий, скорости ее поступления, средств пе­редачи информации, средств достижения быстроты и надеж­ности информационных сигналов приобретает первостепен­ное значение.

При управлении большими и сложными системами вы­полнение требований обоснованности, оперативности, прак­тичности решений возможно лишь благодаря автоматиза­ции процесса их подготовки, принятия и реализации на основе электронно-вычислительной техники с ее огромной памятью, быстродействием, точностью и другими возможно­стями, которые она предоставляет в распоряжение органа управления.

В любом процессе управления всегда происходит взаимо­действие двух подсистем — управляющей и управляемой. Если они соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют замкнутой или системой с об­ратной связью. По каналу прямой связи передается сигна-

лы (команды) управления, вырабатываемые в управляющей системе. Подчиняясь этим командам, управляемый объект осуществляет свои рабочие функции. В свою очередь, объект управления соединен с управляющей системой каналом об­ратной связи, по которому поступает информация о состоя­нии управляемого объекта. В управляющей системе эта ин­формация используется для выработки новых управляющих воздействий.

Но иногда бывает так, что нарушается нормальное функ­ционирование канала прямой или обратной связи. В этом случае система управления становится разомкнутой. Разо­мкнутая система оказывается неспособной к управлению. И в этом случае вряд ли можно ожидать достижения заданной цели деятельности.

Пример. Работа прямого канала связи нарушается, например, в следующих случаях:

• учитель объясняет ученикам задание, которое они должны выполнить, но громкий шум за окнами за­глушает его голос;
  
• вы набираете на клавиатуре команду компьютеру, но соединительный провод поврежден;
  
• водитель хочет снизить скорость автомобиля, но тор­моза отказали;
  
• телевизионный ролик призывает избирателей голосо­вать за какого-либо кандидата, но зрители переклю­чают телеканал.
  

Рис. 3.1.3. Схема нарушения работы прямого канала связи

Примеры, ситуаций, когда обратная связь нарушена, либо отсутствуют каналы обратной связи:

• информация, отображаемая на дисплее компьюте­
ра — важный канал обратной связи в системе «поль-

зователь-компьютер». Если дисплей выходит из строя, то использовать компьютер становится крайне затруднительно;

• бухгалтерские отчеты о деятельности подразделений предприятия играют роль одного из каналов обратной связи в управлении предприятием. Искажение дан­ных в них или задержка сдачи может привести к фи­нансовым потерям;
  
• светофор на перекрестке не способен воспринимать информацию о текущем состоянии движения на этом перекрестке, например, с какой стороны скопилось больше машин.
  

Рис. 3.1.4. Схема нарушения работы обратного канала связи

Принцип замкнутой системы управления, или принцип управления с обратной связью, лежит в основе действия бо­льшинства современных систем автоматического управле­ния, в том числе компьютера.

Для организации процесса управления широко использу­ются методы информационного моделирования. Строятся модели объекта управления, чтобы лучше знать его свойства и эффективные способы воздействия на него. Моделируется работа каналов прямой и обратной связи. Моделируется воз­можная реакция объекта управления в ответ на то или иное управляющее воздействие. Для нормальной работы система управления должна располагать следующими данными: • целью управления, которую можно рассматривать как модель желаемого (идеального) состояния объекта управ­ления;

• моделью фактического состояния объекта для сравнения ее с идеальной моделью и нахождения отклонений;
  
• информацией о способе устранения отклонений фактиче­ского состояния модели от идеального;
  
• моделью будущего функционирования объекта, то есть моделью его реакции в ответ на управляющее воздейст­вие, рассчитаной так, чтобы цель достигалась оптималь­ным образом.
  

Пример. Рассмотрим процесс разработки какого-либо програм­много средства как систему управления коллективом разработчиков. Цель управления — создать систему, ко­торая бы решала весь спектр задач, для которых она раз­рабатывается, обеспечивала удобную работу пользовате­ля, использовала по возможности минимальные ресурсы компьютера. Чтобы эта цель была достигнута, необходи­мо сначала построить (и в процессе работы постоянно уточнять) модель деятельности пользователя при работе с этим средством, модель того, какой пользовательский интерфейс будет наиболее адекватен тем задачам, кото­рые будет решать пользователь (техническое задание на проект), модель деятельности самого коллектива разра­ботчиков, например, в виде сетевого графика работ, мо­дель возможного поведения конкурентов и пр.

Основные принципы управления справедливы для всех систем управления. Они широко используются и при орга­низации процесса обучения.

Пример. В 60-х годах в образовании появилась идея так называе­мого «программированного обучения», которое должно осуществляться в соответствие с общей схемой управле­ния. Суть его в следующем.

Ученику предъявляется некоторая порция учебной ин­формации, которую он должен осмыслить. После этого ему предлагается проверочный тест и новая порция ин­формации и так далее. Учебный материал, разбитый на такие порции, называется «линейной программой». Бо­лее сложно устроены «разветвленные программы» обу­чения. Если ученик неправильно выполняет тест, ему предлагается подсказка (т. е. активно используется об­ратная связь) и порция дополнительной учебной инфор­мации. Только после успешного выполнения теста он может вернуться к основному изложению.



Кибернетика — наука об общих принципах и закономер­ностях управления в живых и неживых системах, в искусст­венных системах и обществе.

Кибернетика — наука об управлении, связи и переработ­ке информации.

Основное положение кибернетики: общие принципы и за­кономерности управления справедливы для систем различ­ной природы.

Под управлением понимают совокупность действий, осу­ществляемых человеком, группой людей или автоматиче­ским устройством, направленных на поддержание или улуч­шение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой (алгоритмом функционирования) или целью управления.

Управление — воздействие управляющей системы на объект управления с целью сведения к минимуму различий между значениями параметров, достигаемыми при реальной деятельности объекта, и значениями параметров, определяе­мыми целью его деятельности.

Управление по своей сути есть совокупность информаци­онных процессов. Осуществление процесса управления со­пряжено с передачей, накоплением, хранением и переработ­кой информации, характеризующей управляемый объект, ход процесса, внешние условия, программу деятельности и пр. Управление невозможно без того, чтобы объект управле­ния и управляющая система обменивались между собой ин­формацией.

Так как основой управления являются информационные процессы, то определение количества и состава информа­ции, необходимой для выработки управляющих воздейст­вий, скорости ее поступления, средств передачи информа­ции, средств достижения быстроты и надежности информа­ционных сигналов имеет важное значение.

Компоненты системы управления:

• объект управления;
  
• управляющая система — субъект управления;
  
• цель управления;
  

• информация о состоянии объекта управления;
  
• каналы прямой и обратной связи;
  
• внешняя среда, в которой находится и с которой взаимо­действует система управления.
  

Как правило, управляющая система и объект управления соединены каналами прямой и обратной связи. В этом слу­чае систему управления называют замкнутой или системой с обратной связью.

Назначение прямой связи — передача управляющих воз­действий от управляющей системы к объекту управления.

Назначение обратной связи — передача информации о состоянии объекта управления и значениях параметров его функционирования управляющей системе.

Основные функции обратной связи:

• контроль степени достижения цели управления;
  
• регулирование управляющих воздействий.
  

В случае, когда нарушается нормальное функционирова­ние канала прямой или обратной связи, система управления становится разомкнутой.

Разомкнутая система оказывается неспособной к эффек­тивному управлению, и в этом случае вряд ли можно ожи­дать достижения заданной цели деятельности.

Принцип замкнутой системы управления, или принцип управления с обратной связью, лежит в основе действия бо­льшинства современных систем автоматического управле­ния, в том числе компьютера.

Управление осуществляется на основе информационных моделей, к числу которых, в частности, относятся:

• цели управления (которые чаще всего представляются как модели желаемого идеального состояния объекта);
  
• модели текущего состояния объекта управления, строя­щиеся на основе информации, передаваемой по каналам обратной связи;
  
• модели возможных реакций объекта на управляющее воздействие;
  
• критерии эффективности решений, принимаемых субъек­том управления, и модели способов оценки эффективно­сти управляющих воздействий;
  
• модели функционирования каналов прямой и обратной связи и другие.
  

Эффективность управления во многом зависит от адек­ватности используемых моделей действительности (реально­му состоянию дел).

Системообразующим элементом процесса управления яв­ляются управляющие воздействия как результат принятия управленческих решений.

Управляющее воздействие может быть:

• материальным (вещественным или энергетическим);
  
• информационным.
  

Задание 1

Опишите известные вам системы управления персонального компьютера. Попытайтесь выстроить их в некоторую иерархию (систему подчинения).

Задание 2

Рассмотрите школьный урок как систему управления.

Задание 3

Перечислите информационные процессы, которые составляют основу управления, и информационные модели, которые необхо­димо построить и исследовать в процессе управления (при подго­товке ответа используйте общую схему управления).

Задание 4

Заполните таблицу:

Система	Объект управле­ния	Субъект управле­ния	Цель управле­ния	Виды управляющих воздействий	Характер обратной связи
Школа
Дискотека
Графический редактор
Спутник
Муравейник

Объект Субъект Цель Виды Характер

Система управле- управле- управле- управляющих обратной

ния ния ния воздействий связи

Школа

Дискотека

Графический

редактор

Спутник

Муравейник

Задание 5

Вы с одноклассниками хотите создать сайт своей школы и посто­янно его обновлять. Рассмотрите эту ситуацию с позиций управ­ления. Как вы сформулировали бы цель вашей работы? Какие информационные модели вам желательно было бы построить до начала работы? Как вы организовали бы обратную связь?



Изменятся ли общие принципы управления, если «разре­шить», чтобы цель управления могла изменяться в процессе управления и чтобы объект управления мог влиять на про­цесс принятия управленческого решения? Можно ли в этом случае говорить о такой характеристике управления, как его эффективность?



Представления об управлении — основы кибернетики-появились давно. История же вхождения термина «киберне­тика» в научный обиход достаточно противоречива.

Греческое слово x^uP^eP^VC0 (гиберно) означает «губер­нию» — административную единицу, населенную людьми. Соответственно, слово xPepveT (гибернет), или по-русски «губернатор», — управляющий ресурсами и людьми, насе­ляющими его губернию. Но для греков слово xuPspvco озна­чало нечто большее, чем единицу административного деле­ния. Гиберно — это объект управления, содержащий людей. Воинская часть — это гиберно. Корабль с командой и пасса­жирами — это гиберно, где капитан является гибернетом. А вот корабль сам по себе как некоторая техническая система уже не гиберно, и лоцман — не гибернет.

В других европейских языках также можно найти аналоги греческого термина. Например, во французском языке слово gouvernement означает «правительство», gouverneur — «гу­бернатор, управляющий» и так далее.

Когда же этот термин вошел в научную лексику? Скорее всего, в середине XIX века. В 1843 году в Познани выходит на польском языке книга профессора философии Б. Трентов-ского «Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом». Кибернетика рассматривается им как система взглядов, которой должен обладать управляющий для того, чтобы эффективно управлять коллективом людей. Руководитель — кибернет, по терминологии Б. Трентовско-го, — должен уметь использовать различные взгляды и

стремления подчиненных ему людей на общее благо, направ­лять деятельность так, чтобы из противоречивых стремлений рождалось бы единое поступательное движение.

В 1911-29 годах появляется трехтомный труд русского ученого А. А. Богданова «Всеобщая организационная наука (Тектология)», где он рассматривает общность форм органи­зации социальных систем и систем живой природы. С име­нем А. А. Богданова связано представление об открытых си­стемах, то есть системах, активно взаимодействующих с окружающей средой, которые не могут существовать без об­мена с ней материей и энергией (мы бы добавили — инфор­мацией). Он рассматривает структуру системы не как нечто застывшее, а как результат непрерывной борьбы противоре­чий, как непрерывную смену состояний равновесия.

Наконец, в 1948 г. Н. Винер издает книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Именно с этой книги слово «кибернетика» прочно вошло в налгу жизнь, а сам Винер стал считаться родоначальником современной ки­бернетики. Изучая системы связи и управления, исследуя био­логические системы, в которых процессы управления и прин­цип обратной связи играют весьма большую роль, Н. Винер дает представление об общих принципах построения и функ­ционирования управляющих систем, о решающей роли ин­формации во всех этих системах вне зависимости от их приро­ды. (По книге Н. Н. Моисеева «Люди и кибернетика».)