Деление системы на подсистемы может быть различным в зависимости от принципа, принятого за основу.
Большинство сложных систем функционирует в условиях действия большого числа случайных факторов. Поэтому предсказать поведение сложной системы можно только вероятностно, т. е. определить вероятность наступления ожидаемого состояния системы, получить законы распределения или некоторые числовые характеристики случайных величин, отражающих поведение сложной системы.
При построении систем управления любой степени сложности необходимо учитывать следующие основные принципы (или законы) кибернетики.
Закон необходимого разнообразия. Сущность этого закона заключается в том, что разнообразие сложной системы требует управления, которое само обладает достаточным разнообразием. Закон необходимого разнообразия обосновывает необходимость многовариантного планирования, выработку оптимальных решений. Управление, которое основывается на рассмотрении единственного варианта плана, не может быть признано научным.
Оптимальное управление, построенное на рассмотрении различных вариантов, является, наоборот, научным управлением, соответствующим закону необходимого разнообразия. И чем сложнее, а значит, и разнообразнее сама система, тем большее значение приобретает оптимальность в управлении.
Закон отличия целого от частного (закон эмерджентности). Этот закон заключается в наличии у системы целостных свойств, т. е. таких свойств системы, которые не присущи составляющим ее элементам. Чем больше система и чем больше различие в масштабах между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаться от свойств частей. Эмерджентность является одной из форм проявления диалектического принципа перехода количественных изменений в качественные.
Известны многочисленные проявления закона эмерджентности. Эффективность крупного производства, социальные последствия урбанизации, возможность реализации крупных мероприятий в области фундаментальных исследований (космос, ядерная энергия), промышленности, обороны.
Закон отличия целого от частного показывает различие между локальными оптимумами отдельных подсистем и глобальным оптимумом всей системы. Этот закон показывает необходимость интегрального рассмотрения системы, достижения общего оптимума.
При синтезе систем управления принято считать, что общие (эмерджентные) интересы сосредоточены в центре системы, в центральном органе, на верхней ступени иерархии, в то время как частные, внутренне присущие (имманентные), локализуются в соответствующих элементах.
Закон внешнего дополнения. В сложных системах прогноз состояния среды и выработка управляющих воздействий формальными методами могут быть осуществлены лишь приближенно. Вследствие этого всегда необходим содержательный контроль работы формализованной схемы управления и корректировка ее с помощью дополнительных (внешних) неформально принимаемых решений. Такие корректировки можно рассматривать как результат функционирования черного ящика, встроенного между выходом формализованной подсистемы управления и входом управляемой подсистемы.
Отклонения, «неучтенные» при планировании и создании систем, будут тем закономернее, чем сложнее система. Система управления поэтому должна иметь соответствующие резервы, компенсаторы и регуляторы для корректировки таких «неучтенных» отклонений.
Совокупность неформальных процедур корректировки алгоритмически (формализованно) получаемых управляющих воздействий и задания различных параметров называют внешним дополнением, а теоретическую необходимость подобной неформальной компенсации – принципом или законом внешнего дополнения.
Закон обратной связи требует построения системы с использованием замкнутых контуров. Для экономики это означает необходимость сосредоточения плана и учета в одних руках.
Закон антиэнтропийности сводится к тому, что управление системой всегда направлено на уменьшение неопределенности в знаниях о построении и поведении управляемой системы за счет усиления информационной осведомленности при принятии решения. Управление всегда связано (при заданной степени системной сложности) с ограничением степеней свободы системы, необходимым для определения целенаправленного поведения системы.
Организацию как сложную систему характеризует многообразие структур. Основными типами структур являются (рис. 4) линейные, кольцевые, звездные, многосвязные, сотовые, пирамидальные, комбинированные.
При линейной структуре каждый элемент системы (подразделение) связан с двумя смежными. Проходящие через систему командная информация и информация состояния становятся достоянием всей системы. Все связи здесь равноценны. Иерархические взаимоотношения отсутствуют. Выпадение любого элемента разрушает систему, ибо никаких других связей, кроме как с соседями, не предусмотрено.
Кольцевая структура отличается от линейной лишь тем, что крайние элементы связываются друг с другом. Это дает возможность вести управление в двух противоположных направлениях и тем самым повысить его надежность. Иерархические взаимоотношения отсутствуют.
Звездная структура представляет собой дальнейшее развитие кольцевой. Здесь появляется центральное подразделение, через которое информация может быстро коммутироваться в любое другое. Центральный элемент системы, как правило, является иерархически выше остальных.
Многосвязная структура предполагает наличие связей каждого элемента системы с каждым. Как правило, связи равноценны и иерархия отсутствует. Такая система обеспечивает максимальную надежность передачи информации.
Сотовая структура создается тогда, когда появляется необходимость канализации информации по ряду различных, связанных между собой направлений и сохранения при этом высокой надежности системы.
Пирамидальная структура строится по иерархическому принципу: каждый вышестоящий элемент системы является старшим по отношению к нижестоящему. Такая структура имеет ряд уровней, причем чем уровень выше, тем больше у него подчиненных.
Комбинированная структура представляет собой сочетание из двух или более структур со всеми их свойствами. Например, комбинация многосвязной и кольцевой структур дает структуру «колесо», в которой, с одной стороны, возможно равнозначное управление в обе стороны кольца, а с другой – появляется центральный элемент, обеспечивающий иерархию в системе.
Любая структура может быть оценена с помощью следующих основных характеристик – объема, надежности, размещения, упорядоченности, централизации, оперативности.
Объем структуры характеризует ее количественный состав: число уровней, элементов, связей между ними.
Надежность структуры показывает ее живучесть, способность выполнять свои функции в различных условиях.
Размещение структуры описывает положение ее элементов в пространстве и времени: соответствующее взаимосвязи, подчиненность, отведенные роли.
Упорядоченность структуры показывает степень формализации ее построения и функционирования, возможности и механизмы изменения структуры.
Централизация структуры говорит о распределении функций между центром и периферией системы и объемами соответствующих полномочий.
Оперативность структуры означает возможность реакции системы на изменения обстановки, временные показатели этой реакции и ее цену.
Типичным примером организации как сложной системы является производственно-экономическая система (ПЭС).
Основным видом производственно-экономических систем является предприятие. Приведем, применительно к промышленному предприятию, некоторые необходимые сведения из теории сложных систем.
Современное промышленное предприятие представляет собой единый производственно-хозяйственный комплекс, объединенный общей задачей – выпуском продукции заданного вида.
Состав образующих предприятие цехов, участков и служб (склады, транспорт, связь и т. д.), а также формы их взаимосвязи в процессе создания продукции составляют производственную структуру предприятия. Производственная структура входит в общую структуру предприятия, которая включает кроме нее еще различные общезаводские службы (транспортную, складскую и другие) и хозяйства – жилищно-коммунальное, столовую, больницу, стадион и др.
Для управления огромным и сложным комплексом, образующим промышленное предприятие, создается необходимая структура управления. Об управлении речь пойдет в следующей главе. Здесь только отметим, что эта структура управления охватывает все звенья производства – от рабочего места до предприятия в целом; все направления деятельности предприятия – производственную, финансовую, капитальное строительство, материально-техническое снабжение, сбыт и др.
Важнейшей характеристикой промышленного производства, во многом определяющей его машинную вооруженность и структуру управления, является тип производства. Различают массовое, серийное и единичное производства. Они отличаются объемом производства и периодичностью выпуска продукции.
Массовое производство отличается большим объемом выпуска продукции при строго ограниченной номенклатуре (изготовление часов, автомобилей, электродвигателей и т. п.). Это дает возможность использовать высокопроизводительное специализированное оборудование и оснастку. Данный тип производства – наиболее эффективный: здесь достигается высокая производительность труда, значительная рентабельность, низкая себестоимость продукции.
Для серийного производства характерно изготовление изделий ограниченной и периодически повторяющейся номенклатуры. Этот тип производства, в зависимости от номенклатуры и объема выпуска продукции, в свою очередь делится на крупносерийное и мелкосерийное производство. Для серийного производства характерна сравнительно небольшая номенклатура, что создает возможность использования как универсального, так и специального оборудования. Серийное и особенно крупносерийное производство позволяет в значительной мере реализовать преимущества специализации. Цехи здесь, как правило, организуются по предметному признаку. Данный тип производства распространен в радиотехнической промышленности, приборостроении, станкостроении и т. д. Единичное производство характеризуется изготовлением разнообразных изделий определенного назначения в небольших количествах. Оборудование и технологическая оснастка здесь во многих случаях универсальные, удельный вес ручных работ по сравнению с другими типами производства существенно выше. Этот тип производства менее экономичен, чем массовое и серийное. Он оправдывает себя лишь в том случае, если обеспечивает народно-хозяйственную потребность в данном виде продукции. Единичное производство преобладает на опытных предприятиях, при изготовлении уникальных мощных машин и агрегатов – мощной радиоаппаратуры, прокатных станов, судов, турбин и т. д.