Сначала я планировал просто рассказать о своем опыте руководства техническими проектами, но сразу споткнулся на том, что без некоторых вводных размышлений эта тема будет звучать не так познавательно.
Так для большинства моих знакомых (если они не специалисты в АСУТП, конечно) слово «управление» почему-то ассоциируется исключительно с начальником, который по определению чудак, только на букву «м». А суть она о другом. О том, как следует воспринимать реальность и что знать, чтобы обеспечить процесс управления. Вот что общего между паровой машиной и рабочим коллективом? И та, и тот может быть объектом управления.
Управление — это воздействие на что-то (или кого-то) для того, чтобы это (этот) выполнило какую-то свою функцию так, как кому-то надо. Но это еще не все.
Представьте себе темную подворотню, едва освещенную тусклой лампочкой. Вы идете к двери дома (чуть не спалился, написав, парадной) и слышите сиплый окрик: «иди сюда». Я могу ошибаться, но думаю, что вы не подчинитесь, а ускорите свое передвижение, чтобы как можно скорее покинуть зону возможной встречи с источником команды. Процесса управления не происходит, хотя имеются а) кто-то способный выполнить требование, б) незримая цель, в) воздействие. Чего не хватает?
Объект управления (что-то или кто-то) должен быть, как минимум, подготовлен для принятия команды и выполнения действия согласно с ней. В редких случаях, чтобы управлять чем-то, что существует и функционирует само по себе, достаточно его хорошенько изучить. Хотя не зря умные люди придумали психологию и выпускают многостраничные трактаты «Как управлять собой, другими и миром». Те, кто это читают и потом старательно повторяют изложенные там приемы, становятся куда более предсказуемыми и значительно легче управляются. Да, объект должен быть спроектирован, доработан, подготовлен для возможности управления.
В современных терминах объект управления должен представлять из себя подсистему, цель которой (системообразующая функция) удивительным образом совпадает с какой-либо задачей подсистемы управления. Тут я хочу напомнить, что цель и задача понятия разные. Первая — это идеализированный образ желаемого результата, а второе — конкретное (конкретные) действия, которые могут привести к достижению цели. Взять предпринимателя Ивана Ивановича. Пусть его цель заработать 1 миллион денег за 1 год на реализации, например, свечей зажигания. Тогда объектом управления для него станет подсистема «свечной заводик», цель которой производство и продажа соответствующей продукции. Все вместе будет образовывать систему предпринимательской деятельности бизнесмена Пупкина И. И.
Чуть ранее я рассказывал про базовые принципы системного мышления тут. Рекомендую для ознакомления и обсуждения.
Возвращаясь к нашей подворотне. Совсем иной результат случится, если Вас кто-то заранее проинформирует, что за неподчинение командам из темноты будет «ай-яй-яй» и расстрел на месте. А если откликнитесь на зов, то лишитесь только часов и шапки. В этом случае вы будете подготовлены в рамках системы криминализации общества и скорее всего, управление состоится.
И немного про то, «как кому-то надо» Цель управления не формируется внутри подсистемы управления (по крайней мере до создания работоспособного искусственного интеллекта). В основе всегда лежат чьи-то потребности из окружающей среды. Потребности имеют только живые существа, а осознанные потребности, которые могут использоваться для формирования целей управления еще и только разумные. Я бы написал люди, но недавно читал, что в Америке кто-то повадился сбивать звездолеты пришельцев и решил воздержаться от дискриминации. Это я к тому, что всегда при рассмотрении существующей системы управления можно построить цепочку: объект управления — воздействие — регулятор (управляющая подсистема) — цели управления — потребности заинтересованных лиц. Затем мысленно выполнить обратную операцию. При наличии несовпадений, например, между воздействиями, которые есть и должны бы были быть нужно начать страдать, задуматься об истинных целях управления, ну или, если эта система ваша, задуматься о ее корректировке.
Так это в общих чертах все работает.
Центробежный регулятор Уатта или сила обратной связи
Управлять можно всем, но тренироваться надо на кошках. Помню, что в бытность моей учебы в университете на вводной лекции курса «Теории автоматического управления» старый, умудренный преподаватель особо обращал внимание, что, освоив его материал, мы обретем знание жизни, которое не снилось тем, кто его занятия прогуляет. За бездушными железками и схемами скрыта суровая правда о том, как устроены и работают объекты «я», «семья», «коллектив», «общество», «государство».
Есть ли в этом смысл, давайте посмотрим на примере классического и простейшего по нынешним меркам, регулятора Уатта.
Перед Джеймсом Уаттом стояла конкретная цель — улучшить свое финансовое благосостояние функциональность паровой машины, которая на тот момент работала слишком нестабильно, не обеспечивая равномерность движения маховика при изменении момента нагрузки, а поэтому была непригодна для многих практических задач того времени. Водяные колеса и ветряные мельницы были проще, относительно безопаснее, понятнее. Но, конечно, сильно зависели от соответствующих источников энергии. И этот их недостаток порождал потенциальное преимущество нового вида техники, если удастся достичь стабильности в работе.
Скорость вращения исполнительного механизма паровой машины зависит от количества пара, которое на нее подается из котла и может регулироваться клапаном. Клапан станет исполнительным органом, который обеспечит непосредственное управление. Осталось каким-то образом получить информацию непосредственно о скорости вращения. Измеритель скорости Уатт позаимствовал из конструкции водяных и ветряных мельниц, где он применялся для измерения усилия прижима жерновов при изменении скорости ветра. Далее он запроектировал механическую связь, по которой воздействие от измерителя скорости к исполнительному органу. Поколдовал с «настройками» соотношения «скорость/положение» и вуаля.
На техническом языке описание системы управления будет звучать так. Центробежный регулятор Уатта, приводится во вращение от вала паровой машины через шкив, содержит два массивных шара, соединенных с ползуном, которые связанны рычагом с клапаном (заслонкой) паровой машины. Центробежная сила, возникающая при вращении шаров, уравновешивается их весом таким образом, что каждому значению скорости выходного вала машины соответствует определенное положение ползуна, следовательно, и расхода пара. Если вал вращается быстро, то тяжёлые шары под действием сил инерции расходятся в стороны, и присоединённые к ним тяги поднимают муфту. Тогда рычаг клапана поворачивается и закрывает трубу, прекращая подачу пара на поршень двигателя. Если скорость вращения вала уменьшается, то шары под действием силы тяжести снижаются, опуская муфту. Муфта с помощью рычага приоткрывает заслонку клапана и увеличивает подачу пара на двигатель.
Собственно, так физически выглядит отрицательная обратная связь в замкнутой системе управления, позволяющая автоматически регулировать скорость вращения вала двигателя по информации об ее отклонении от заданного значения.
В терминах системного подхода — это выглядит так. Паровая машина представляется в виде модели «черный ящик». На нее поступает среда U(t) — пар, который в машине преобразуется в момент y(t) на выходном валу. Характеристикой текущего момента y может выступать скорость вала n (в виде частоты оборотов). Измеренная частота оборотов n поступает на «регулятор» или подсистему управления, где при наличии отклонении от требуемого количества формируется сигнал воздействия Gp на положение паровой задвижки на входе в паровую машину.
Из этой истории можно понять, что даже примитивная система управления всегда имеет конкретную цель, решаемую через выполнение задач. Регулятор или блок формирования управляющего воздействия работает строго по информации, получаемой от объекта регулирования.
А теперь представьте себе, что регулятор — это менеджер отдела снабжения, цель которого обеспечить комплектацию производства расходниками. Делает он это на основании информации от конкретных исполнителей о скорости их расхода, сравнивает со складскими остатками и производит закупку. И вот, в один прекрасный вечер, когда отмечали день рождения монтажника Лехи, данные о расходе менеджеру не поступили…
О чем нам еще говорит техника
Давайте представим, что ушлый механик Гриди позаимствовал регулятор Уатта и поставил его на какую-то другую машину, предположим с двигателем внутреннего сгорания, где он управляет дроссельной заслонкой впрыском топлива. Могу предположить, что работать такая система будет или плохо или вообще никак: другая точность, другие нагрузки, другие скорости. Хотя я тут прочитал, что механические регуляторы вообще работают по такому принципу на ДВС большой мощности. Но только по принципу, с другой конструкцией, конечно. И это еще одна особенность управления — оно эффективно тогда и только когда, когда организовывается совместно с проектированием объекта регулирования с учетом индивидуальных особенностей последнего.
Вроде бы вполне очевидная вещь, но раз за разом в компании внедряются какие-то типовые подходы, процедуры и прочее-прочее-прочее. Взять какой-нибудь счет, который до оплаты обязательно должен подписать начальник департамента по развитию. Зачем, почему? Никто не может ответить. Когда-то и при каких-то условиях, на этапе развития, возможно, для какой-то компании это имело смысл. Это попало в положение об оплате счетов, положение попало в Интернет и было скопировано сотнями компаниями.
Ниже типовая и очень обобщенная схема производства чего-либо.
И входы, и выходы — множество потоков как материальных, так и информационных. Единый процесс подразделяется на сотни. Они взаимодействуют между собой. На процесс влияют внешние факторы окружающей среды. И опять это все взаимосвязано между собой. И хуже того, оно все меняется во времени.
Как устроить все это так, чтобы динамические цели достигались? Да почаще вспоминать реализацию аналогичных систем в технике.
Цель управления должна быть не только конкретной, измеримой, достижимой, реалистичной и определенной во времени. Она вообще должна быть связана с объектом регулирования и тем, что он имеет на выходе. Неужели по результату изучения тайм-менеджмента вы учитесь управлять временем? Конечно, нет. Объект управления в этом контуре вы, регулятор — ваш мозг. А выход, которым вы управляете — ваша работа, которую при одинаковом ее результате можно делать или быстрее или медленнее. Продолжите размышление, что является тут воздействием? Нанесите на шаблон рассмотренной выше схемы. Реализация управления пойдет значительно проще.
Какие параметры на самом деле говорят нам о процессе? Как их отслеживать и регистрировать? По какому алгоритму или методике (это когда четкого алгоритма составить не представляется возможным) преобразовывать, чтобы сформировать воздействие и не дать себе залипнуть на несколько часов в Дзене?
Тут еще много, о чем можно поговорить. Если открыть нашу университетскую библию по ТАУ под авторством Бесекерского и начать читать оглавление, то находишь много интересного: замкнутые и разомкнутые системы, программы и алгоритмы управления, звенья системы управления, устойчивость, влияние переходных процессов, оценка качества управления, методы повышения точности и качества и т. д.
Источники:
1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. Изд. 3-е, испр. – М.: Изд-во «Наука». Главная редакция физ.-мат. литературы, 1975. – 768 с. (переизд. 2003, 2004) 2. Техническая кибернетика. Теория
2. Микеров А. Г., Первые регуляторы паровых машин https://controleng.ru/retrospektiva/pervy-e-regulyatory-parovy-h-mashin/?ysclid=lj3tkzugqg943333910
