Закон Эшби (закон необходимого разнообразия)

Чтобы управление системой было возможно, разнообразие управляющих действий должно быть не меньше разнообразия возмущений на входе в систему.

По мере роста решаемых задач должны повышаться возможности системы управления. Большие организации требуют сложных и многосторонних планов.

К числу понятий, на которых основаны важные принципы управления системой относятся понятие обратной связи. Именно оно способствовало установлению принципиальных аналогий между организацией управления.

Обратная связь - это соединение между выходом и входом системы, осущ либо непосредственно либо через другие элементы системы.

Вопрос

По отношению системы к окружающей среде: открытые (есть обмен ресурсами с окружающей средой); закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

По происхождению системы (элементов, связей, подсистем): искусственные (орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.); естественные (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.); виртуальные (воображаемые и, хотя реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они существовали); смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

По описанию переменных системы: с качественными переменными (имеющие лишь содержательное описание);с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные); смешанного (количественно-качественное) описания.

По типу описания закона (законов) функционирования системы: типа "Черный ящик" (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения); не параметризованные (закон не описан; описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров; известны лишь некоторые априорные свойства закона); параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей); типа «Белый (прозрачный) ящик» (полностью известен закон).

По способу управления системой (в системе): управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально); управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые - программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые - приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний, и самоорганизующиеся - изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов ); с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

Система называется большой, если ее исследование или моделирование затруднено из-за большой размерности, т.е. множество состояний системы S имеет большую размерность. Какую же размерность нужно считать большой? Об этом мы можем судить только для конкретной проблемы (системы), конкретной цели исследуемой проблемы и конкретных ресурсов.

Большая система сводится к системе меньшей размерности использованием более мощных вычислительных средств (или ресурсов) либо разбиением задачи на ряд задач меньшей размерности (если это возможно).

Система называется сложн ой, если в ней не хватает ресурсов (главным образом, информационных) для эффективного описания (состояний, законов функционирования) и управления системой - определения, описания управляющих параметров или для принятия решений в таких системах (в таких системах всегда должна быть подсистема принятия решения). Сложной считают иногда такую систему, для которой по ее трем видам описания нельзя выявить ее траекторию, сущность, и поэтому необходимо еще дополнительное интегральное описание (интегральная модель поведения, или конфигуратор) - морфолого-функционально-инфологическое.

Сложные системы бывают разных типов сложности:

структурной или организационной (не хватает ресурсов для построения, описания, управления структурой);

динамической или временной (не хватает ресурсов для описания динамики поведения системы и управления ее траекторией);

информационной или информационно-логической, инфологической (не хватает ресурсов для информационного, информационно-логического описания системы);

вычислительной или реализации, исследования (не хватает ресурсов для эффективного прогноза, расчетов параметров системы, или их проведение затруднено из-за нехватки ресурсов);

алгоритмической или конструктивной (не хватает ресурсов для описания алгоритма функционирования или управления системой, для функционального описания системы);

развития или эволюции, самоорганизации (не хватает ресурсов для устойчивого развития, самоорганизации).

Вопрос

Система называется большой, если ее исследование или моделирование затруднено из-за большой размерности, т.е. множество состояний системы S имеет большую размерность. Большая система сводится к системе меньшей размерности использованием более мощных вычислительных средств (или ресурсов) либо разбиением задачи на ряд задач меньшей размерности (если это возможно). Это особенно актуально при разработке больших вычислительных систем, например, при разработке компьютеров с параллельной архитектурой или алгоритмов с параллельной структурой данных и с их параллельной обработкой.

Система называется сложной, если в ней не хватает ресурсов (главным образом, информационных) для эффективного описания (состояний, законов функционирования) и управления системой - определения, описания управляющих параметров или для принятия решений в таких системах (в таких системах всегда должна быть подсистема принятия решения).

Сложной считают иногда такую систему, для которой по ее трем видам описания нельзя выявить ее траекторию, сущность, и поэтому необходимо еще дополнительное интегральное описание (интегральная модель поведения, или конфигуратор) - морфолого-функционально-инфологическое.

Пример. Сложными системами являются, например, химические реакции, если их исследовать на молекулярном уровне; клетка биологического образования, взятая на метаболическом уровне; мозг человека, если его исследовать с точки зрения выполняемых человеком интеллектуальных действий; экономика, рассматриваемая на макроуровне (т.е макроэкономика); человеческое общество - на политико-религиозно-культурном уровне; ЭВМ (особенно пятого поколения) как средство получения знаний; язык - во многих аспектах его рассмотрения. В сложных системах результат функционирования не может быть задан заранее, даже с некоторой вероятностной оценкой адекватности. Причины такой неопределенности - как внешние, так и внутренние, как в структуре, так и в описании функционирования, эволюции. Сложность этих систем обусловлена их сложным поведением. Сложность системы зависит от принятого уровня описания или изучения системы - макроскопического или микроскопического. Сложность системы может определяться не только большим количеством подсистем и сложной структурой, но и сложностью поведения.

Сложность системы может быть внешней и внутренней. Внутренняя сложность определяется сложностью множества внутренних состояний, потенциально оцениваемых по проявлениям системы и сложности управления в системе. Внешняя сложность определяется сложностью взаимоотношений с окружающей средой, сложностью управления системой, потенциально оцениваемых по обратным связям системы и среды.

Сложные системы бывают разных типов сложности:

-структурной или организационной (не хватает ресурсов для построения, описания, управления структурой);

динамической или временной (не хватает ресурсов для описания динамики поведения системы и управления ее траекторией);

-информационной или информационно-логической, инфологической (не хватает ресурсов для информационного, информационно-логического описания системы);

-вычислительной или реализации, исследования (не хватает ресурсов для эффективного прогноза, расчетов параметров системы, или их проведение затруднено из-за нехватки ресурсов);

-алгоритмической или конструктивной (не хватает ресурсов для описания алгоритма функционирования или управления системой, для функционального описания системы);

развития или эволюции, самоорганизации (не хватает ресурсов для устойчивого развития, самоорганизации).

Вопрос

Обратная связь означает соединение между выходов и входом системы, осуществляемое либо непосредственно, либо через другие элементы системы (рис. 2.3.2).

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информацию о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества выпускаемой продукции);

компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Вопрос

Система может быть устойчивой и неустойчивой. Устойчивость системы — это состояние, означающее неизменность ее существенных переменных. Неустойчивость выражается в том, что система, организованная для выполнения определенных функций, перестает их выполнять под влиянием каких-либо причин (например, состояние экономики России в условиях финансового кризиса августа 1998 года).

В изменяющейся среде или под воздействием различных «возмущений», которые достигают порога устойчивости, система может прекратить существование, превращаться в другую систему или распадаться на составные элементы. Например, банкротство предприятий.

Способность системы оставаться устойчивой через изменения своей структуры и поведения называется ультрастабильностью. Так, многие современные, прежде всего крупные, компании обеспечивают высокий уровень своей стабильности за счет высокой приспособляемости к внешним и внутренним условиям своего функционирования. Такие компании своевременно прекращают одни направления своей деятельности и начинают другие, вовремя выходят на новые рынки и покидают бесперспективные.

Вопрос

В ряде случаев специфичность проблем, рассматриваемых с помощью методов системного анализа, состоит не только в сложности, но и в наличии многих элементов неопределенности.

Принято различать два рода неопределенности. Неопределенность первого рода (статистическая) обусловлена случайностью; ее анализ основан на использовании законов случайных событий. Например, неопределенность появления одной из сторон монеты при бросании вверх строго симметричной монеты. (На законах случайных чисел основаны многие выборочные методы контроля качества, которые позволяют успешно учесть влияние неопределенности на вероятность появления бракованной продукции.)

Другой вид неопределенности (реальной) возникает, когда неизвестно, какой из известных или неизвестных факторов (законов) влияет в данном конкретном случае на случайные события, например монета при бросании изогнута, непредвиденное стихийное бедствие и др. Вероятности событий, рассматриваемых в условиях реальной неопределенности, например вероятности возникновения пожара, можно присвоить определенную величину, но эта оценка является чисто субъективной и не подтверждается точным расчетом. О величине вероятности, связанной с подобными неопределенностями, могут быть самые противоречивые суждения, так как человек, дающий подобную оценку, сам бывает не уверен в ее справедливости.

Реальная неопределенность, с которой мы встречаемся при проведении системного анализа, имеет различное происхождение. Она может быть результатом недостаточной познанности явления, относительно которого принимается решение, и обусловливается тем, что последствия решений, принимаемых в настоящее время, сказываются через достаточно продолжительное время, а надежных методов предсказания развития событий на много лет вперед не существует.

Другими источниками неопределенности являются: невозможность учета всех факторов, влияющих на принимаемое решение, сложности их количественной оценки, в частности трудность количественной интерпретации понятий «лучше—хуже», «больше—меньше», неясная постановка задач, политические и личные соображения лиц, принимающих решения, и другие. Неопределенность может быть также обусловлена отсутствием нужной информации вследствие сознательной деятельности другого лица (группы лиц), отстаивающего иные интересы. В этих условиях увеличивается вероятность принятия неоптимальных решений, возрастает роль субъективных соображений лиц, принимающих решения.

Факторы, обусловливающие возникновение неопределенности, подразделяются на внешние и внутренние. К числу внешних факторов относятся: новые решения руководящих органов, меняющиеся рыночные условия, научно-технические открытия и т. д. В число внутренних факторов входят: выявление новых резервов производства, возникшие затруднения, перемены в составе работников и многое другое.

Часть этих факторов требует отдельных, частных изменений в ходе деятельности, текущих коррективов. Эти изменения осуществляются при оперативном руководстве, регулировании. Другие — требуют новых или уточненных тактических решений. Некоторые же обстоятельства могут внести поправки и в конечную цель, и в стратегию управления. Все эти возможности следует иметь в виду руководителю, чтобы не оказаться в плену у собственных ранее принятых решений.

Вопрос

В процессе проведения системного анализа приходится встречаться с тремя основными видами реальной неопределенности. Это, во-первых, неопределенность в оценке эффективности решений, связанная с недооценкой ряда важных факторов и моментов. Такой вид неопределенности в той или иной степени всегда имеется, независимо от того, получаем ли мы эти оценки аналитическим или эвристическим путем.

Во-вторых, неопределенность, обусловленная недостаточной точностью предвидения хода событий в будущем. Эта неопределенность, в частности, может быть вызвана просчетами в технико-экономическом анализе, в планировании и управлении, даже если внешняя среда и факторы реальной жизни изменяются в соответствии с нашими расчетами. Например, воплощенная на практике система может быть непохожа на ту, которая рассматривалась в ходе анализа. Исполнитель не выполнит требования, предъявляемые к системе, ее стоимость превысит плановое значение. Характеристики отдельных элементов могут быть изменены, а вместе с этим претерпят изменения и принципы использования системы.

К этому же виду неопределенности относится неопределенность, обусловленная неясностью в области возможного состояния мира в будущем или условий, в которых будет использоваться система. Она появляется в результате либо изменения определенных факторов реальной жизни под влиянием непредвиденных событий (например, новые крупные открытия, изменяющие наши возможности; экономические и финансовые кризисы), либо изменения взглядов (например, на область применения разрабатываемого нового вида продукции).

В-третьих, неопределенность целей. Она обусловлена тем, что в больших проблемах всегда имеется несколько целей, каждой из которых соответствует свой локальный критерий. Это приводит к необходимости решать сложную задачу оценки различных целей и проводить их оптимальный выбор по нескольким критериям. Кроме того, известный элемент неопределенности обусловлен также сложностью строго определенно и однозначно сформулировать цели.

В случае неопределенности желательно использовать количественные методы анализа, которые способствуют наибольшей ясности мышления. Без количественного анализа весьма трудно произвести убедительные сравнения различных вариантов достижения целей. Системный анализ, использующий количественные методы принятия решений, дает возможность полнее учитывать факторы и явления, обусловливающие появление неопределенности.

Было бы ошибкой предполагать, что по мере увеличения объема знаний неопределенность будет уменьшаться. Более того, всякая информация, как относительная истина, содержит в себе неопределенность, которую можно интерпретировать как ее «дополнение до абсолютной истины». Поэтому возрастание объема информации означает прежде всего возрастание множества познаваемых объектов (в частности, их сложности) и приводит тем самым к возрастанию и неопределенности. Иными словами, фактор неопределенности при принятии решений всегда будет играть существенную роль.

Вопрос

В управлении конфликт понимается как отсутствие согласия между двумя и более сторонами, которые могут быть конкретными лицами или группами, влияющими на принимаемое решение.

В конфликтных ситуациях, с которыми приходится встречаться специалистам по системному анализу, основная проблема состоит в определении взаимодействия с системами, являющимися внешними по сравнению с изучаемой (внешние организации, противник, конкурент, природа и т. п.). В частности, возможно возникновение конфликтов из-за разных точек зрения на решение проблемы. Это делает такой анализ более трудным, поскольку здесь вносятся дополнительное усложнение и неопределенности.

Конфликт может означать не только различие целей сталкивающихся сторон, но и противоречивость нескольких целей коллектива, действующего как единое целое. Поэтому уже сама постановка вопроса о целенаправленности действий не только вызывает неопределенность, но и содержит в зародыше идею конфликта: фиксация какой-либо цели предполагает возможность иных целей, которыми надлежит пренебречь в пользу выбранной.

В экономической жизни анализ противоречий нередко усложняется тем, что многие из них находят свое выражение через интересы людей. Эти интересы не всегда вскрываются, иногда о них просто умалчивают. (О формальных и реальных целях деятельности речь пойдет в одной из следующих публикаций данной серии статей.)

При исследовании и проектировании сколько-нибудь сложных систем необходимо учитывать многочисленные внутренние и внешние конфликты. Такие конфликты возникают, как правило, по трем причинам.

1. Система состоит из многих частей, имеющих самостоятельные задачи или цели, решение которых благоприятно для системы в целом. Возможность или степень успешности решения каждой из таких задач определяется ресурсами, имеющимися у соответствующей части системы. Между тем суммарный ресурс системы ограничен. Суть конфликта в этом случае состоит в необходимости распределения суммарного ресурса по частям системы. Этот конфликт типичен для проектирования любой системы.

2. Части системы имеют самостоятельные ресурсы и самостоятельные задачи или цели. В этом случае могло бы и не быть конфликта. Однако, как правило, части системы вынуждены взаимодействовать между собой так, что результат решения задачи каждой части зависит не только от своих собственных действий, но и от действий других частей. Эта взаимосвязь при несовпадении интересов и является причиной конфликта. Примером этому может служить конкуренция производителей, ориентирующихся на один и тот же рынок, а также дипломатические и военные действия. По существу любое человеческое общество не свободно от тех или иных конфликтов за счет наличия взаимосвязей при несовпадающих интересах.

3. Если даже система внутренне монолитна по своей цели и подчиняется единому руководителю по распределению ресурсов, то она, как правило, действует в обстановке, характеризуемой наличием факторов, не находящихся в распоряжении системы, но тем не менее влияющих на эффективность действий системы по достижению цели. Это приводит к появлению конфликтов, внешних для системы, то есть конфликтов системы с окружающей средой.

Одной из основных особенностей системного анализа является тот факт, что он применяется для систем, которые будут использоваться фактически через много лет. Здесь надо принимать во внимание неопределенности и конфликты, связанные с будущим.

Вопрос

В первой трактовке системный анализ — это скорее «анализ систем», так как акцент делается на объекте изучения (системе), а не на системности рассмотрения (учете всех важнейших факторов и взаимосвязей, влияющих на решение проблемы, использование определенной логики поиска лучшего решения и т.д.).

В ряде работ, освещающих те или иные проблемы системного анализа, слово «анализ» употребляется совместно с такими прилагательными, как количественный, экономический, ресурсный, а термин «системный анализ» применяется значительно реже.

Согласно второй трактовке системный анализ — это конкретный метод познания, противоположный синтезу.

Третья трактовка рассматривает системный анализ как любой анализ любых систем (иногда добавляется, что анализ на основе системной методологии) без каких-либо дополнительных ограничений на область его применения и используемые методы.

Согласно четвертой трактовке системный анализ — это вполне конкретное теоретико-прикладное направление исследований, основанное на системной методологии и характеризующееся определенными принципами, методами и областью применения. Он включает в свой состав как методы анализа, так и методы синтеза, кратко охарактеризованные нами ранее.