Важная особенность системы – целеноправленность основной деятельности проявляется в стремлении предотвратить, преодолеть или скомпенсировать возмущения, сохранить высокие целевые конечные результаты, уменьшить негативные последствия своей деятельности и экономно использовать ресурсы.
Таким образом, оценкой функционирования системы может служить ее эффективность, которая характеризуется отношением целевых конечных результатов к ресурсам, использованным как для получения этих результатов, так и для устранения (ограничения в допустимых пределах) негативных последствий функционирования.
Чтобы оценивать эффективность системы, осуществлять меры по ее поддержанию и повышению, необходимо располагать сведениями о закономерностях процессов функционирования. Целенаправленность процессов функционирования проявляется в стремлении поддерживать и повышать высокую эффективность системы, приспособляясь (адаптируясь) к изменениям внешней среды. Процессы функционирования системы (в широком смысле) – это совокупность процессов основной деятельности и разных по масштабам процессов развития и совершенствования системы.
Процессы функционирования систем нуждаются в управлении. Управление реализуется за счет целенаправленных воздействий органа управления на объект управления и обратной связи объекта с органом управления. Каждый контур управления предусматривает сбор информации о состоянии объекта (учет), ее сопоставление с заданными значениями (контроль), анализ информации и выработку управляющего воздействия (подготовку и принятие решений), а также реализацию воздействия. Совокупность органа управления системы и органов управления ее подсистем всех рангов вместе с их информационными внутренними и внешними связями составляет иерархическую систему управления.
Математическое описание процессов функционирования. Значения выходов зависят от свойств системы, от входных воздействий на нее и, как правило, от совокупности параметров внутреннего состояния системы. Кроме того, учитывая, что системы являются динамическими, входы (xi), параметры состояния системы (zi) и ее выходы (yi) изменяются во времени (t).
Математические выражения зависимостей выходов от входов и параметров состояния принято называть математическим описанием системы. Если описание достаточно правильно (адекватно) отображает фактическое поведение системы, его особенности, важные для исследования или управления, то его можно использовать для моделирования (воспроизведения) протекающих в системе процессов; в таком случае его называют математической моделью системы.
Модель системы, описывающая процессы ее функционирования в установившемся режиме, отражает статические свойства системы и называется статической моделью. График зависимости выходного показателя от соответствующего входного параметра (чаще всего основного) называют статической характеристикой. Типичными примерами статических характеристик конкретного производства могут служить зависимости объема выпуска продукции (A), себестоимости (С) и других важнейших показателей от нагрузки, т. е. от расхода (G1) основного сырья на входе в систему.
Если математическая модель описывает изменения выходов и параметров состояния системы в неустановившихся режимах (во времени), то она характеризует динамические свойства системы и называется динамической моделью. Соответственно графики изменения выходных параметров во времени при определенных воздействиях на входе принято именовать динамическими характеристиками звена (системы, подсистемы). Динамические свойства циклических процессов характеризуются также графиками, иллюстрирующими повторяемость циклов, их период, регулярность, характер колебания параметров и т. д.
Модели сравнительно простых технических систем стараются строить на основе изученных закономерностей физических и химических процессов, их функционирования; такие модели называются детерминированными.
Модели систем, которые также являются сравнительно простыми, но закономерности функционирования которых не изучены, могут быть построены в результате статической обработки результатов экспериментов. Такую систему с неизвестной структурой и свойствами иногда условно именуют “черным ящиком”, а модели, полученные указанным выше способом, в отличие от детерминированных называют статическими. При стабильности процессов, протекающих в системе, такие модели могут давать описание системы, близкое к адекватному.
Иначе обстоит дело со сложными системами. К ним относятся биологические, социально-экономические, некоторые технические системы. Для них характерно большое число подсистем многих уровней иерархии, сложность связей между ними, наличие случайных факторов, влияющих на поведение отдельных подсистем и системы в целом. В связи с этим процессы функционирования сложных систем относятся к категории так называемых случайных или стохатических процессов, а результаты функционирования не всегда предсказуемы с достаточной точностью.
Стохатические процессы характеризуются функцией распределения вероятностей рассматриваемых событий. Если эта функция стабильна, т. е. не изменяется во времени, то стохатический процесс называется строго стационарным. Для стационарных стохатических процессов функция распределения вероятностей может быть установлена экспериментально. Это позволяет, используя методы теории вероятностей, построить стохатическую модель системы; свойства таких систем характеризуются не однозначными (функциональными), а корреляционными зависимостями, позволяющими установить наиболее вероятные значения выходов и других показателей функционирования системы.
Если стохатические процессы, влияющие на поведение системы, нестационарны, то ее поведение не всегда может быть описано математически, т. е., как принято говорить, оказывается неформализуемым. Для количественной характеристики неформализуемых свойств и связей таких систем, для прогноза результатов их функционирования приходится использовать экспертные оценки специалистов и другие эвристические методы.
3. Системный подход к анализу проблем
Нередко к проблемам относят лишь очень крупные научные и хозяйственные задачи. Термин “проблема” в процессе с греческого означает задачу, задание.
Системный подход используется в ходе анализа и решения широкого круга проблем, касающихся не только управления, но и многих других областей науки и техники. В химической технологии объектом системных исследований являются главным образом структурно сложные многостадийные химико-технологические комплексы.
Каждая область применения системных исследований накладывает соответствующий отпечаток на методологию решения проблем. Существует две категории проблем: стабилизации и развития.
Проблемы стабилизации – это проблемы, решение которых направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. К решению проблем стабилизации относится также совокупность мер, которые без изменения основных характеристик системы корректируют процессы текущей деятельности; при этом учитываются изменяющиеся условия протекания установившегося производственного процесса (в том числе возникающие дополнительные возможности использования ресурсов) и колебания потребности в продукции, в том числе ее различных сортовых разновидностей.
На уровне предприятия, подотрасли и отрасли решение этих проблем обозначают термином управление производством, понимая под этим совокупность мер по управлению основным и вспомогательным производствами, материально-техническим снабжением и сбытом, а также по их текущему планированию.
Проблемами развития и совершенствования систем называются такие, решение которых направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом. Решение этих проблем можно рассматривать, как совокупность мер по переводу системы из исходного состояния в новое, отличающееся от прежнего лучшими техническими характеристиками, лучшей организацией. Это обеспечивает более высокую эффективность системы.
На решение проблем развития и совершенствования промышленных систем направлено перспективное планирование производства; управление научно-исследовательскими и опытными работами, проектированием, капитальным строительством; обеспечение технического и организационного прогресса, в том числе внедрение новой техники; планирование и реализация организационно-технических мероприятий; весь комплекс работ по совершенствованию планирования и управления.
Общность проблем стабилизации процессов функционирования и проблем развития систем обусловлена единством целей, а также иногда общностью условий и средств их решения.
Основной операцией анализа является разделение целого на части. Задача распадается на подзадачи, система – на подсистемы, цели – на подцели и т. д. При необходимости этот процесс повторяется, что приводит к иерархическим древовидным структурам. Обычно (если задача не носит чисто учебного характера) объект анализа сложен, слабо структурирован, плохо формализован, поэтому операцию декомпозиции выполняет эксперт. Если поручить анализ одного и того же объекта разным экспертам, то полученные древовидные списки будут различаться. Качество построенных экспертами деревьев зависит как от их компетенции в данной области знаний, так и от применяемой методики декомпозиции. Декомпозиция подпроблем проводится до уровня элементарных, т. е. таких, дальнейшая конкретизация которых приводит к выявлению определенных вариантов их решения.