Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ И ПРОБЛЕМА КООРДИНАЦИИ В МНОГОУРОВНЕВЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

Построение информационных систем переработки данных на базе современных математических методов и ЭВМ позволяет целенаправленно перерабатывать огромное количество информации. Это создает определенные предпосылки для усиления централизации управления без потери его компетентности. Некоторый центральный орган, получая детальную информацию о состоянии подведомственных ему элементов (подсистем), способен выработать и принять обоснованное решение о программе дальнейшего развития этих подсистем. Иными словами, он может взять на себя часть управляющих функций подсистем более низкого уровня. Но в действительности подсистемы более низкого уровня могут иметь также собственные цели и интересы, отличные от целей и интересов «центра». Поэтому собственные программы развития подсистем не обязательно будут совпадать с программами, диктуемыми из «центра». Появляется возможность рассогласования всей системы, несмотря на то, что более совершенная техника обработки информации позволяет сосредоточить в «центре» все необходимые данные о системе в целом. Располагая такой технологией, мы можем централизовать функции принятия решений, но не можем централизовать функции исполнения. Исполнение всегда останется монополией управляемых подсистем.

Выполняя решения «центра», подсистемы будут исходить из учета своих интересов, и полученный результат может заметно отклониться от ожидаемого. Чтобы этого не произошло, решения, разрабатываемые «центром», очевидно, должны быть обоснованы не только с точки зрения интересов системы в целом. Они должны учитывать также интересы подсистем. В этом собственно и состоит проблема координации. Причем существенная особенность самой постановки проблемы координации заключается в том, что подсистемы рассматриваются здесь в чисто функциональном аспекте, т.е. как «черные ящики». Для центрального органа не обязательно знать внутренние возможности и структурные характеристики подсистем, зато важно знать их интересы и закономерности поведения в различных условиях.

Для подсистем высший уровень управления выступает как «управляющая среда». Имея в своем распоряжении некоторые ключевые параметры, «центр» организует среду, придает ей такие свойства, при которых становится возможным получить желаемое поведение подсистем и обеспечить желаемый интегральный эффект для системы в целом, т.е. реализовать глобальные цели.

Для понимания существа проблемы координации важно подчеркнуть, что конкретные цели, преследуемые «центром» и непосредственно отображаемые в его действиях, никогда не совпадают и не должны совпадать с глобальными целями. Глобальная цель всегда выступает как синтез целенаправленных действий «центра» и управляемых элементов, она есть цель системы как целого. «

Подчеркивая интегративный характер механизма координации, М. Месарович, Д. Мако, И. Такахара пишут: «Каждый элемент имеет собственную цель, которая зависит от координирующего параметра, получаемого от координатора. Координатор имеет цель, отличную от глобальной цели, и выбирает координирующий параметр так, чтобы обеспечить выполнение своей собственной цели. Если зависимость между этими целями закономерна, система может достигнуть глобальной цели. С позиций внешнего наблюдателя вполне уместно, что система преследует некую глобальную цель, хотя попытки найти в системе элемент, задача которого состояла бы в достижении именно этой цели, обречены на провал».

Рассмотрим общую постановку задачи о координации в терминах оптимизационных моделей, характерных для современных методов принятия решений.

Координирующие параметры, которыми распоряжается «центр», разделим на две группы. В первую группу включим те параметры, которые влияют на область допустимых состояний управляемых элементов. Область допустимых состояний i – го элемента обозначим X _i(β_i), где β_i – координирующие параметры из рассматриваемой группы. Во вторую группу включим параметры, характеризующие влияние «центра» непосредственно на критерий оптимизации, с помощью которых элементы оценивают свое состояние. Для параметров этой группы введем обозначение α_i.

Элемент стремится максимизировать свой критерий f _i(x _i, α_i), выбирая состояния x _i из допустимой области X _i(β_i).

Состояние координатора определяется набором параметров α_i, β_i, i = 1, 2,..., N, где N – общее число управляемых элементов. Критерий оптимизации, с помощью которого координатор оценивает свое состояние, F (f ⁰₁, f ⁰₂,..., f ⁰_N), зависит от оценок состояний элементов, оптимальных с точки зрения собственных (локальных) критериев. Значение f ⁰_i получается в результате решения оптимизационной задачи

f ⁰_i = f _i (x ⁰_i, α_i) = max f _i(x _i, α_i)

при ограничениях x _i є X _i(β_i).

Задача координатора заключается в том, чтобы максимизировать F при собственных ограничениях α_i є A_i, β_i є B_i, i = 1… N. Здесь A_i и B_i характеризуют допустимые области изменений координирующих параметров.

В условиях, когда элементы и координатор преследуют свои цели, вся система приходит к равновесию в смысле так называемого оптимума Парето, выступающего в качестве глобальной цели системы. Оптимум Парето характеризует такое положение в системе, когда ни один из элементов не может улучшить свое состояние, не затронув интересов других элементов.

Для решения своей задачи координатору нет необходимости знать об условиях Χ_i (β_i) и конкретном виде функции f _i(x _i, α_i). Он рассматривает элементы как функциональные целостности, обладающие единственной характеристикой f ⁰_i, изменяющейся некоторым образом под воздействием параметров α_i, β_i. Другими словами, он рассматривает элемент как «черный ящик» с входами α_i, β_i и выходом f ⁰_i.

В реальных условиях было бы полезно, если бы координатор имел возможность заранее построить некоторую модель «черного ящика», вместо того чтобы каждый раз проводить с ним эксперименты для получения нужной информации. Данный подход можно рассматривать как один из возможных способов распределения общих ресурсов в двухуровневой системе управления.

Функционально целостное представление подсистем нижних иерархических уровней характерно для всех декомпозиционных методов, используемых в современной теории оптимальных решений. В частности, основополагающий метод декомпозиции Данцига – Вульфа реализует описанную выше схему координации с использованием координирующих параметров второй группы, т.е. параметров типа α_i. Другой известный метод – метод Корнай – Липтака, напротив, построен на использовании лишь параметров первой группы, т.е. параметров типа β_i. Таким образом, различие между этими двумя методами состоит лишь в том, что они используют различные функционально целостные представления для подсистем нижнего уровня (различные типы «черного ящика»).

Когда говорят о координации в системах принятия решений, то обычно имеют в виду выработку согласованного управления некоторым множеством элементов. Однако в принципе можно представить себе случай, когда указанное множество состоит лишь из одного элемента. В этом случае схема координации превращается в обычную традиционную функцию управления некоторым обособленным объектом. Существо же дела остается прежним: объект управления выступает как функциональная целостность, и управляющий орган стремится организовать «среду обитания» данного объекта таким образом, чтобы получить желаемое поведение. Координирующие параметры превращаются в параметры управления, по—прежнему играющие роль входных величин для объекта как «черного ящика».

Отсюда видно, что понятие функциональной целостности исключительно важно для понимания сущности управления в широком смысле слова. Очевидная связь между этими понятиями стимулирует специальные философские исследования. В своей работе Н. Т. Абрамова подчеркивает значение современных кибернетических представлений для переосмысления старой проблемы целостности. Она пишет: «Изучение процессов управления позволяет раскрыть те внутренние механизмы, на основе которых формируются координация и субординация между целыми и частями, в их взаимодействии с внешним окружением».

Вместе с тем развитие самой теории и методологии управления немыслимо, по--видимому, без дальнейшего развития концепции целостности и функционального подхода.

К достоинствам иерархической структуры автоматизированного управления, в которой на нижнем уровне имеется большое количество несложных задач, а на вышестоящих уровнях — небольшое число сложных задач, следует отнести (согласно зарубежным данным) снижение общей стоимости обработки информации в системе, повышение пропускной способности хост—машины в сети ЭВМ и устойчивость к отказам. Критические для системы функции продолжают выполняться локальными системами управления при выходе из строя хост-машины или линий связи.