Теория управления информационной системой с обратной связью

Первым и наиболее важным основанием динамического моделирования предприятия является понятие сервомеханизма как прообраза информационной системы с обратной связью, — разработанное во время второй мировой войны и в послевоенный период.

До недавнего времени мы не имели достаточного представления о влиянии запаздывания во времени, усиления и структуры на динамическое поведение системы. И лишь теперь мы начинаем понимать, что взаимодействие между компонентами системы может иметь более важное значение, чем сами компоненты.

Понятия информационных систем с обратной связью становятся главной основой для создания базовой структуры, интегрирующей различные стороны процесса управления. Что такое информационная система с обратной связью?

Это определение относится к любому сознательному и подсознательному решению, принимаемому человеком. Оно также включает и те механические решения, которые даются вспомогательным устройством, называемым сервомеханизмом.

Управление информационными системами с обратной связью лежит в основе всей жизни и всех человеческих усилий, от медленных шагов биологической эволюции до запуска космических спутников.

Все эти примеры относятся к управлению информационными системами с обратной связью. Возобновляющийся процесс обратной связи является непрерывным; новые результаты ведут к новым решениям, которые обуславливают постоянное движение данной системы.

Подобные системы не обязательно действуют успешно. В самом деле, комплексная информационная система с обратной связью, спроектированная случайно или интуитивно, обычно оказывается неустойчивой или неэффективной.

Исследование информационных систем с обратной связью выявляет способ использования информации для управления. Это исследование помогает понять, каким образом общий объем корректирующих действий и запаздывания во времени во взаимосвязанных звеньях могут привести к неустойчивым колебаниям. Хорошим примером служит вождение автомашины.

Рассмотрим, однако, эффект небольших изменений в структуре системы и запаздываний во времени. Предположим, что у водителя глаза завязаны, и он управляет машиной по командам сидящего рядом инструктора.

Результирующее запаздывание информации на несколько секунд и некоторое дополнительное ее искажение из-за включения голоса и слуха между зрительным восприятием наблюдателя и сознанием водителя должны привести к беспорядочному управлению автомашиной.

Еще беспорядочней оно будет, если водитель с завязанными глазами получает команды от инструктора, который ведет наблюдение через заднее стекло машины, и располагает информацией лишь об уже пройденном пути. Между тем именно этим характеризуется хозяйственное руководство.

Единственное, о чем она может судить, хотя и с неполной достоверностью, — это об уже совершившихся фактах прошлой деятельности фирмы.

В любой информационной системе с обратной связью всегда используется доступная информация о прошлом, как основание для решений о будущих действиях.

Определение такой системы является настолько всеобъемлющим, что на первый взгляд кажется лишенным смысла. Только в настоящее время мы в состоянии оценить громадное значение параметров информационной системы с обратной связью для определения поведения соответствующих систем.

Информационные системы с обратной связью — механические, биологические или социальные — в своем поведении имеют три характеристики: структуру, запаздывания и усиления.

Усиления обычно происходят во всей системе, особенно при действующем порядке принятия решений в наших промышленных и социальных системах. Они проявляются в тех случаях, когда действие оказывается более сильным, чем это можно предполагать, исходя из ввода информации, определяющей регулирующие решения.

Мы только теперь начинаем понимать, каким образом взаимодействие структуры, запаздываний и усилений сказывается на поведении социальных систем.

Почему же фундаментальное значение и важность информационных систем с обратной связью не привлекали внимания вплоть до последних трех десятилетий? Мне кажется, это произошло в результате своеобразного разделения таких систем, которое было принято до 1940 г.

С одной стороны, мы имели дело с биологическими информационными системами с обратной связью, регулирующими температуру человеческого тела, координацию мышц и т. д. Эти системы настолько идеально соответствуют своему назначению, и в то же время мы так привыкли к их недостаткам, что их свойства как информационных систем с обратной связью оставались незамеченными.

С другой стороны, социальные, экономические и промышленные системы развивались в течение последних веков в столь крупных масштабах по сравнению с человеческим индивидуумом, что трудно было распознать общность их свойств как информационных систем с обратной связью.

Кроме того, появилось множество других объяснений… их поведения, которое в действительности обусловлено особенностями этих систем. Эти объяснения давались применительно к специфическим внешним проявлениям отдельных случаев, а не в свете фундаментальных представлений об обобщенных системах с замкнутым циклом.

Управляемые системы становились сложнее. Динамические характеристики и трудности систем сделались очевидными и доступными для изучения в достаточно малых масштабах.

Требования коммерческого и военного характера стимулировали попытки овладения теорией проектирования информационных систем с обратной связью.

Но наши социальные системы гораздо сложнее информационных систем с обратной связью, которыми уже овладела современная техника. Готовы ли мы справиться с ними?

Наши познания в области информационных систем с обратной связью развивались по экспоненциальному закону, столь характерному для ранних стадий в любой области человеческих знаний. Умение обращаться с информационными системами с обратной связью, по-видимому, возрастало в десятикратном размере за каждое десятилетие.

В конце 30-х годов научная литература в данной области оперировала динамическими характеристиками простейших следящих систем, описываемых линейными дифференциальными уравнениями с двумя переменными. А в начале 40-х годов соответствующие исследования уже велись с применением преобразований Лапласа, теории вероятностей и векторного исчисления.

Инженеры не могли оставаться безучастными в ожидании аналитических решений поведения информационных систем с обратной связью. Были построены линейные и нелинейные математические модели для выработки решений с помощью аналоговых вычислительных машин.

К концу второго десятилетия, то есть в 1955 г., были освоены новые методы и новые области. Появилась вычислительная машина, открывшая путь для имитации систем, далеко за пределами возможностей аналоговых машин.

С созданием нового оснащения внимание, было сконцентрировано на динамических характеристиках боевых военных информационных систем с обратной связью, включающих как вооружение, так и личный состав. Стало возможным решение систем с 200 переменными.

Дальнейшее продвижение идет в том же темпе. Мы вступаем теперь в новый период 1965 г. с десятикратным ростом наших возможностей. Модели с 2000 переменных и без всяких ограничений в отношении нелинейных явлений делают доступной обширную область важных проблем управления и экономики.