____________________

Постановочные материалы учебного курса

факультета прикладной математики – процессов управления

Санкт-Петербургского государственного университета

(1997 – 2003 гг.)

Санкт-Петербург

2003 г.

Страница, зарезервированная для выходных типографских данных

© Публикуемые материалы являются достоянием Русской культуры, по какой причине никто не обладает в отношении них персональными авторскими правами. В случае присвоения себе в установленном законом порядке авторских прав юридическим или физическим лицом, совершивший это столкнется с воздаянием за воровство, выражающемся в неприятной “мистике”, выходящей за пределы юриспруденции. Тем не менее, каждый желающий имеет полное право, исходя из свойственного ему понимания общественной пользы, копировать и тиражировать, в том числе с коммерческими целями, настоящие материалы в полном объеме или фрагментарно всеми доступными ему средствами. Использующий настоящие материалы в своей деятельности, при фрагментарном их цитировании, либо же при ссылках на них, принимает на себя персональную ответственность, и в случае порождения им смыслового контекста, извращающего смысл настоящих материалов, как целостности, он имеет шансы столкнуться с “мистическим”, внеюридическим воздаянием. [1]

Предисловие

В настоящем издании представлена вторая редакция Достаточно общей теории управления (ДОТУ) с дополнениями и уточнениями в версии 2003 г., а также и поясняющие её материалы, включённые в Приложение.

Первая, весьма краткая, редакция ДОТУ 1991 г. была опубликована в 1992 г. и с той поры стала библиографической редкостью. Вторая редакция была разработана в 1992 г. Тематически повторяя первую редакцию, она стала более обстоятельной и детальной. После этого вторая редакция неоднократно переиздавалась как отдельно, так и в составе других работ.

Предлагаемая вниманию читателя версия второй редакции ДОТУ отличается от версий прошлых лет содержательно включением в её состав раздела, посвященного методу динамического программирования, поскольку этот метод представляет собой наиболее краткое алгоритмическое выражение достаточно общей теории управления; а кроме того, на его основе удобно рассмотреть взаимосвязи теории управления с общефилософской проблематикой естествознания, обществоведения и психологии, без чего не всегда возможен корректный выход из области разговоров на темы управления в практику управления. Кроме этого, в предлагаемой вниманию читателя версии второй редакции ДОТУ в текст некоторых разделов добавлено освещение вопросов, ранее остававшихся в умолчаниях, исправлены замеченные опечатки и неточности, а также в некоторых местах изменена стилистика.

Курс достаточно общая теория управления читается студентам факультета прикладной математики – процессов управления Санкт-Петербургского государственного университета, начиная с 1997 г., по инициативе член-корреспондента Академии наук СССР Владимира Ивановича Зубова (1930 – 2000).

Если Вы намереваетесь прочитать предлагаемую Вашему вниманию книгу, то в большинстве случаев Вам предстоит большой труд, работа над самим собой. Чтобы хотя бы отчасти помочь Вам в этом, мы предлагаем три проверенные жизнью подсказки:

1. Хотя в настоящем издании ДОСТАТОЧНО ОБЩАЯ ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ разделена на подразделы, но воспринять её следует как целостную и неделимую информационную единицу – своего рода «квант» информации. Соответственно, если в процессе чтения какие-то фрагменты будут непонятны, то следует прочитать текст до конца, невзирая на их непонятность: понимание первоначально непонятных фрагментов откроется потом на основе осмысления текста в целом и соотнесения его с Жизнью.

Кроме этого необходимо иметь в виду, что ДОТУ – следствие определённого миропонимания, философии. Соответственно в структуре тех рабочих материалов, в которых сложился предлагаемый вниманию читателя текст собственно ДОТУ, ему предшествуют ещё три раздела мировоззренческо-философского характера. В настоящем издании вся эта тематика, необходимая для понимания собственно ДОТУ и понимания Жизни на её основе, рассмотрена в Приложении. Поэтому реально читателю необходимо прочитать и воспринять как единое целое ДОТУ во взаимосвязи с материалами Приложения, соотнося и то, и другое с его собственным восприятием Жизни.

2. Некогда К.Прутков сказал: “Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы; но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий”. То есть проблемы понимания – результат отсутствия в психике необходимых стереотипов распознавания явлений и формирования их образов. Поэтому, чтобы выявлять отсутствие образов и своевременно их формировать, при чтении предлагаемых вниманию материалов надо взять карандаши и бумагу и, читая текст, рисовать для себя иллюстрации к тексту – схемы и образы рассматриваемых категорий и их взаимосвязей, состояний объектов, течения процессов и т.п., о чём идёт речь в тексте.

Мы выразили в тексте свои образные представления об управлении. Но чтобы у Вас возникли образные представления об управлении в Жизни и Вы могли бы осуществить самоконтроль, иллюстрировать текст надо Вам, а не нам.

В этом предложении нет ничего унизительного или стеснительного: просто все мы выросли в эпоху, когда дисциплина, культура мышления у людей не только не воспитывалась целенаправленно с детства, но целенаправленно извращалась. И если кто-то может перемножать 5-значные числа в уме, а кто-то только в столбик, то дело, прежде всего, – в различии внутренней дисциплины мышления обыкновенных здоровых людей. Но этот пример касается абстрактно-логического мышления. Перемножая в столбик, мы помогаем своему недисциплинированному абстрактно-логическому мышлению сконцентрироваться и решить задачу. Рисуя картинки по ходу чтения, мы точно также помогаем своему недисциплинированному предметно-образному мышлению (не надо забывать, что у большинства людей не левое полушарие головного мозга развито лучше правого, как в том уверяет научно-популярная литература и школа, а правое полушарие, отвечающее за образное мышление, – недоразвито) сконцентрироваться и тоже решить задачу по формированию образных представлений и расширению круга своих понятий.

3. Успешное выполнение всякой работы требует соответствующего работе настроения – соответствия эмоций осознаваемому человеком смыслу его жизни и деятельности. Хотя большинство населения привыкло жить и работать при том настроении, какое у них складывается «само собой», но этот образ жизни и деятельности аналогичен тому, что пианист попробовал бы исполнить музыкальное произведение на расстроенном фортепиано. Поэтому прежде, чем что-либо делать, научитесь ловить и удерживать искреннюю радость от осознания мысли «всё, что свершается, – свершается наилучшим возможным образом при той нравственности и этике, что свойственны людям; всё течёт к лучшему». Или иными словами, «Вседержитель не ошибается, и жизнь человека должна протекать в ладу с Ним в русле Его Промысла» и осознание этого факта должно вызывать внутреннюю умиротворённость и желание благодетельствовать Миру с открытой душой. В таком настроении, удерживая себя в нём, и надо всегда жить и работать, в том числе и над текстом ДОТУ.

4 июня 2003 г.

1. Достаточно общая теория управления: зачем это надо?

Всякий разум – индивидуальный или соборный – в иерархии взаимной вложенности структур Мироздания решает прежде всего задачи управления [2]по отношению к иерархически низшим системам и задачи самоуправления в пределах возможностей, предоставленных иерархически высшим объемлющим по отношению к нему управлением.

Управление возможно на основе практических навыков, которые индивид-управленец более или менее целенаправленно и осознанно использует, развивает и накапливает в качестве своего жизненного опыта. Какая-либо теория ему лично для осуществления управления в общем-то не нужна, если он достаточно чувствителен и внимателен к тому, что и как происходит в сфере его управленческой деятельности. Передача управленческих навыков другим – тем, кто только вступает в сферу управленческой деятельности, – также возможна без каких-либо теорий, если они (вступающие в сферу управления), в свою очередь, чувствуют то, что происходит в сфере их деятельности, видят как реагирует на это управленец-учитель, и способны хорошо вообразить себя на его месте в различных управленческих ситуациях.

Но процесс передачи управленческих навыков в какой-либо отрасли общественной деятельности без опоры на понятийный и терминологический аппарат теории управления во многом похож на воспитание мамой-кошкой котят: кто проникся происходящим процессом управления и смог вообразить себя в нём, а потом вести себя в качестве управленца в реальных жизненных ситуациях – молодец, а кто не смог – набьёт себе много шишек. С последним можно было бы и согласиться – в конце концов это его шишки и набьёт он их себе, если бы не одно «но»: набьёт он их не только себе, но и окружающим, поскольку всякое действие в обществе, а тем более общественно-управленческое действие, затрагивает множество людей, подчас не в одном поколении. Поэтому обществу для передачи управленческой культуры от поколения к поколению всё же лучше передавать её на основе теории, а не исключительно на основе принципов взаимоотношений мамы-кошки с подрастающими котятами: иными словами, теория и принципы взаимоотношений мамы-кошки с подрастающими котятами должны взаимно вспомоществовать друг другу в процессе обучения.

Фактически так оно и есть: все частные отрасли прикладной науки развили свой понятийный и терминологический аппарат, на основе которого передаются знания от поколения к поколению. Фактически во всех частных отраслях прикладного знания речь идёт об управления теми или иными процессами, относящимися к их «предметной области», хотя управление этими процессами и не называется управлением: медицина лечит и калечит, а не управляет здоровьем и болезнями; химия “химичит”, а не управляет синтезом и распадом химических соединений; архитектура и строительство что-то воздвигают, а не управляют проектированием и возведением объектов и т.п.

Так в каждой отрасли деятельности существует свой понятийный и терминологический аппарат, и подчас одно и то же слово в одной отрасли означает одно, а в другой – нечто совсем иное: так на транспорте слово «тендер» – ныне анахронизм, которым обозначают прицеп для паровоза с водой и топливом; в англоязычной экономической терминологии «тендер» – заявка на подряд, предложение (деловое). В результате, если специалисты нескольких отраслей собираются вместе для того, чтобы впервые выявить и решить некоторую общую для них проблему, то прежде, чем начать собственно её решать, они изведут уйму времени для того, чтобы выработать некий общий для них профессиональный слэнг (подмножество языка, употребляемое в какой-то области деятельности), на котором общество впоследствии будет описывать выявление и решение проблем такого рода, если основоположники достигнут успехов и общественного признания.

Но не всегда специалисты разных отраслей могут найти или выработать общий язык (слэнг), и тогда они не могут выявить проблему, ради которой собрались, не могут перевести её в разряд задач и разрешить её. В этом случае они повторяют судьбу строителей Вавилонской башни, описанную в Библии (Бытие, 11:1 – 9).

Это касается всех проблем и задач, будь то мелкие житейские домашние дела, или же общественно полезное функционирование государственности. И более того: представители Науки и Религии (как отраслей культуры цивилизации), одинаково заявляя о том, что они работают на благо человечества, непрестанно конфликтуют друг с другом на протяжении всей памятной истории человечества. При этом в Науке процесс специализации зашёл настолько далеко, что не только представители разных наук не могут понять друг друга, но даже представители разных разделов одной и той же науки утрачивают взаимопонимание. То же касается и всех исторически сложившихся вероучений (так называемых «мировых религий»): они не только не могут прийти к единому пониманию богословских и социологических объективных истин, но каждое из них породило в прошлом множество сект и продолжают плодить новые секты. Это – единственно общее Науке и Религии в нынешней цивилизации – непрестанно усугубляет положение дел как внутри общества, так и в его взаимоотношениях с Природой.

Однако, всякий процесс в Мироздании может быть интерпретирован (представлен, рассмотрен) в качестве процесса управления или самоуправления. По этой причине понятийный и терминологический аппарат именно теории управления как таковой является обобщающим, что позволяет с его помощью разные процессы: общеприродные, биологические, технические, и тем более – все социальные и процессы психической деятельности.

Но обретя понятийный и терминологический аппарат какой-либо теории управления, не следует утрачивать и то, что свойственно котятам под руководством мамы-кошки, – воображения себя в ситуациях управления. В противном случае, “управленец” – начётчик-догматик, вдоволь нахватавшись терминологии, свойственной теории, формально-логически правильно оперируя ею, так и не сможет войти в практику управления конкретными процессами и будет выглядеть посмешищем на фоне теоретически безграмотных управленцев-практиков, чувствующих жизнь и воображающих себя в ситуациях .

Единообразное описание разнородных процессов с привлечением достаточно общей теории управления позволяет стоять на фундаменте всех частных наук; легко входить в любую из них [3]; и при необходимости – найти со специалистами в них: т.е. понятийный и терминологический аппарат достаточно общей теории управления – средство междисциплинарного общения специалистов разных частных отраслей знания и деятельности; средство объединения разрозненных научных знаний и прикладных навыков в гармоничную целостность, необходимую для безопасной жизни и деятельности отдельных людей и коллективов, слагающих общество. В этом – главное достоинство понятийного и терминологического аппарата теории управления.

Во всём многообразии процессов [4] (со-бытий) при рассмотрении их в качестве процессов управления или самоуправления можно выявить присущее им всем общее, и соответственно этому общему построить понятийный и терминологический аппарат достаточно общей теории управления. Сначала рассмотрим кратко все её категории, после чего подробно рассмотрим .

2. Категории достаточно общей теории управления

В теории управления возможна постановка всего двух задач.

· Первая задача: мы хотим управлять объектом в процессе его функционирования сами непосредственно. Это .

· Вторая задача: мы не хотим управлять объектом в процессе его функционирования, но хотим, чтобы объект - без нашего непосредственного вмешательства в процесс – самоуправлялся в приемлемом для нас режиме. Это .

Для осознанной постановки и решения каждой из них и обеих задач совместно (когда одна сопутствует другой) необходимы три набора информации:

(едино: самоуправления, где не оговорено отличие), представляющий собой описание идеального режима функционирования (поведения) объекта. Вектор целей управления строится по субъективному произволу как иерархически упорядоченное множество частных целей управления, которые должны быть осуществлены в случае идеального (безошибочного) управления. Порядок следования частных целей в нём – обратный порядку последовательного вынужденного отказа от каждой из них в случае невозможности осуществления полной совокупности целей. Соответственно на первом приоритете вектора [5] целей стоит самая важная цель, на последнем – самая незначительная, отказ от которой допустим первым.

Одна и та же совокупность целей, подчинённых разным иерархиям приоритетов (разным порядкам значимости для управленца), образует разные вектора целей, что ведёт и к возможному различию в управлении. Потеря управления может быть вызвана и выпадением из вектора некоторых объективно необходимых для управления процессом целей, и выпадением всего вектора или каких-то его фрагментов из объективной матрицы возможных состояний объекта, появлением в векторе объективно и субъективно взаимно исключающих одна другие целей или неустойчивых в процессе управления целей (это всё – различные виды дефективности векторов целей). Образно говоря, вектор целей – это список, перечень того, чего желаем, с номерами, назначенными в порядке, обратном порядку вынужденного отказа от осуществления каждого из этих желаний.

, описывающий реальное поведение объекта по параметрам, входящим в вектор целей.

Эти два вектора образуют взаимосвязанную пару, в которой каждый из этих двух векторов представляет собой упорядоченное множество информационных модулей, описывающих те или иные параметры объекта, определённо соответствующие частным целям управления. Упорядоченность информационных модулей в векторе состояния повторяет иерархию вектора целей. Образно говоря, вектор состояния это – список, как и первый, но того, что воспринимается в качестве состояния объекта управления, реально имеющего место в действительности.

Поскольку восприятие субъектом состояния объекта не идеально, во-первых, – в силу искажения информации, исходящей от объекта, «шумами» среды, через которую проходят информационные потоки; носит характер, обусловленный особенностями субъекта в восприятии и переработке информации, то вектор состояния всегда содержит в себе некоторую ошибку в определении истинного состояния, которой соответствует некоторая объективная неопределённость для субъекта управленца. Неопределённость объективна, т.е. в принципе не может быть устранена усилиями субъекта. Другое дело, что объективная неопределённость может быть как допустимой, так и недопустимой для осуществления целей конкретного процесса управления.

, представляющий собой “разность” (в кавычках потому, что разность не обязательно привычная алгебраическая): «вектор целей» – «вектор состояния». Он описывает отклонение реального процесса от предписанного вектором целей идеального режима и также несёт в себе некоторую неопределённость, унаследованную им от вектора состояния. Образно говоря, вектор ошибки управления это – перечень неудовлетворённых желаний соответственно перечню вектора целей с какими-то оценками степени неудовлетворённости каждого из них; оценками либо соизмеримых друг с другом числено уровней, либо числено несоизмеримых уровней, но упорядоченных ступенчато дискретными целочисленными индексами предпочтительности каждого из уровней в сопоставлении его со всеми прочими уровнями.

Вектор ошибки – основа для формирования оценки качества управления субъектом-управленцем. Оценка качества управления не является самостоятельной категорией, поскольку на основе одного и того же вектора ошибки возможно построение множества оценок качества управления, далеко не всегда взаимозаменяемых.

Структура и соотношение информации, образующей перечисленные вектора, показаны на приводимом в конце главы 15 рисунке 8.

теории управления является понятие: воле; или, если коротко, – устойчивость по предсказуемости. Управление в принципе невозможно, если поведение объекта непредсказуемо в достаточной для этого мере.

– это своего рода пустая и прозрачная форма, наполняемая содержанием в процессе управления; иными словами, это матрица объективно возможного управления – мера управления, как процесса триединства материи-информации-меры [6]. Она описывает преемственные этапы циркуляции и преобразования информации в процессе управления, начиная с момента формирования субъектом-управленцем вектора целей управления (или выявления субъективной потребности в управлении в отношении того или иного объекта-процесса в среде, с которой взаимодействует субъект) и включительно до осуществления целей в процессе управления. Это – система стереотипов отношений и стереотипов преобразований информационных модулей, составляющих информационную базу управляющего субъекта, моделирующего на их основе поведение (функционирование) объекта управления (или моделирующего процесс самоуправления) в той среде, с которой взаимодействует объект (а через объект – и субъект).

Содержательным фрагментом полной функции управления является , т.е. концепция достижения в процессе управления одной из частных целей, входящих в вектор целей. Концепции управления по отношению ко всем частным целям образуют совокупную концепцию управления. Далее большей частью речь идёт именно о . Там, где имеется в виду одна из частных концепций (целевых функций управления), это оговорено особо. Для краткости, и чтобы исключить путаницу с полной, целевую функцию управления там, где нет особой необходимости в точном термине, будем называть: . Концепция управления наполняет конкретным управленческим содержанием все либо часть этапов полной функции управления.

После определения вектора целей и допустимых ошибок управления по концепции управления (целевой функции управления) в процессе реального управления осуществляется замыкание информационных потоков с вектора целей на вектор ошибки (или эквивалентное ему замыкание на вектор состояния). Иными словами, в процессе управления информация о векторе состояния (или векторе ошибки управления) соотносится с вектором целей и на основе этого соотнесения вырабатывается и осуществляется управляющее воздействие.

При формировании совокупности концепций управления, соответствующих вектору целей, размерность пространства параметров вектора состояния увеличивается за счёт приобщения к столбцу контрольных параметров дополнительно параметров, объективно и субъективно-управленчески информационно-алгоритмически связанных с контрольными, – параметров, описывающих состояние объекта, окружающей среды и системы управления.

Эти – дополняющие вектор состояния информационно-алгоритмически связанные с контрольными – параметры разделяются на две категории:

· управляемые – которые могут быть непосредственно изменены воздействием со стороны субъекта, что повлечёт за собой и изменение контрольных параметров. В изменении значений непосредственно управляемых параметров выражается (они образуют вектор управляющего воздействия);

· свободные – которые изменяются при изменении непосредственно управляемых, но не входят в перечень контрольных параметров, составляющих вектор целей управления. Все объективно возможные значения свободных параметров в процессе управления признаются допустимыми.

Так, для корабля: угол курса – контрольный параметр; угол перекладки руля – (непосредственно) управляемый параметр; угол дрейфа (между вектором скорости, т.е. направлением движения в текущий момент времени и плоскостью симметрии корабля, называемой диаметральной плоскостью) – свободный параметр.

Или другой пример: для систем «искусственного климата» контрольным параметром может быть температура воздуха в помещении, а относительная влажность воздуха в нём может быть свободным параметром. Включение относительной влажности воздуха в список контрольных параметров потребует дополнения системы устройствами поглощения избыточной влаги и увлажнения чрезмерно обезвоженного воздуха.

Далее под вектором состояния понимается в большинстве случаев этот расширенный вектор, включающий в себя вектор текущего состояния контрольных параметров, повторяющий иерархическую упорядоченность вектора целей. Набор непосредственно управляемых параметров может быть также иерархически упорядочен (нормальное управление, управление в потенциально опасных обстоятельствах, аварийное и т.п.) и образует вектор управляющего воздействия, выделяемый из вектора состояния, и потому вторичный по отношению к нему. При этом, в зависимости от варианта режима управления некоторые из числа свободных параметров могут пополнять собой вектор целей и вектор управляющего воздействия.

Полная функция управления в процессе управления осуществляется (управления) и .

При структурном способе управления информация передаётся адресно по вполне определённым элементам структуры, сложившейся (или целесообразно сформированной) ещё до начала процесса управления.

При бесструктурном способе управления таких, заранее сложившихся, структур нет. Происходит безадресное циркулярное распространение информации в среде, способной к порождению структур из себя при установлении информационно-алгоритмических взаимосвязей между слагающими среду элементами. Структуры складываются и распадаются в среде в процессе бесструктурного управления, а управляемыми и контрольными параметрами являются вероятностные и статистические характеристики массовых явлений в управляемой среде: т.е. средние значения параметров, их средние квадратичные отклонения, плотности распределения вероятности каких-то событий, корреляционные функции и прочие объекты раздела математики, именуемого теория вероятностей и математическая статистика.

Структурное управление в жизни выкристаллизовывается из бесструктурного.

Объективной основой бесструктурного управления являются и (а также и прямые субъективные оценки объективных вероятностных предопределённостей, получаемые вне формализма процедур алгоритмических статистических моделей: человек к этому объективно способен), упорядочивающие массовые явления в статистическом смысле, позволяющие отличать одно множество от другого (или одно и то же множество, но в разные этапы его существования) на основе их статистических описаний; а во многих случаях выявить и причины, вызвавшие отличие статистик.

Поэтому, слово «вероятно» и однокоренные с ним, следует понимать не в ставшем обыденным смысле “может быть так, а может быть сяк”, а как указание на возможность и существование объективных вероятностных предопределённостей, обуславливающих объективную возможность осуществления того или иного явления, события, пребывания объекта в некоем состоянии, а также и их оценок средствами математической статистики и теории вероятностей; и соответственно как утверждение о существовании средних значений “случайного” параметра (вероятность [7] их превышения = 0,5), средних квадратичных отклонений от среднего и т.п. категорий, известных из теории вероятностей и математической статистики.

С точки зрения достаточно общей теории управления, теория вероятностей (раздел математики) является . Соответственно: значение вероятности, наблюдаемая статистическая частота, а также их разнообразные оценки есть меры неопределённости возможного или предполагаемого управления. Они же – меры устойчивости переходного процесса, ведущего из определённого состояния, (в большинстве случаев по умолчанию отождествляемого с настоящим), к каждому из различных вариантов будущего во множестве возможных его вариантов, в предположении, что:

1. Самоуправление в рассматриваемой системе будет протекать на основе прежнего его информационно-алгоритмического обеспечения без каких-либо нововведений.

2. Не произойдет прямого адресного подключения иерархически высшего или иного управления, внешнего по отношению к рассматриваемой системе.

Первой из этих двух оговорок соответствует взаимная обусловленность: чем ниже оценка устойчивости переходного процесса к избранному варианту, тем выше должно быть качество управления переходным процессом, что соответственно требует более высокой квалификации управленцев [8]. То есть: во всяком множестве сопоставимых возможных вариантов, величина, обратная вероятности (либо её оценке) «самоосуществления» всякого определённого варианта, представляет собой (по отношению к другим рассматриваемым вариантам) и соответственно – , необходимых для осуществления именно этого варианта из рассматриваемого множества.

Вторая из этих двух оговорок указует кроме всего на возможность конфликта с иерархически высшим объемлющим управлением. В предельном случае конфликта, если кто-то избрал зло, упорствует в его осуществлении и исчерпал Божеское попущение, то он своими действиями вызовет прямое адресное вмешательство в течение событий Свыше. И это вмешательство опрокинет всю его деятельность на основе всех его прежних прогнозов и оценок их устойчивости – мер неопределённостей.