Никита Моисеев - Люди и кибернетика

Оказалось, что и эти проблемы уже более ста лет были предметом исследований ученых. Они создали специальную научную дисциплину «Техническую теорию управления» (ТТУ). Эта дисциплина, как мы увидим ниже, сыграла определенную роль в формировании современной технологии управления организмами общественной природы.

Глава III

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

Теория автоматического регулирования — возникновение и основные задачи

До сих пор мы говорили о двух направлениях гуманитарной мысли, которые сегодня оказывают непосредственное влияние на формирование представлений о том, что такое управление и какова его «технология», то есть каковы правила, которыми должен руководствоваться управляющий.

Долгое время руководители-практики и не нуждались в другом. Они управляли человеческими коллективами и их производственной деятельностью на основании своего опыта или давно устоявшихся методов.

Но, начиная с какого-то определенного уровня, сложности объекта управления традиционных подходов становилось уже недостаточно. Чтобы сопоставлять варианты возможных управленческих решений, кибернет должен уже уметь оценивать их последствия количественно. Давайте вдумаемся в смысл управленческого процесса.

Перед каждым управляющим (менеджером, кибернетом, военачальником и т. д.) всегда стоит определенная цель. Это может быть обеспечение выполнения плана, получение максимального дохода, передислокация армии и т. д. Для достижения ее ему предоставляется определенный ресурс: деньги, машины, люди… Без этих двух факторов: целей и средств для их достижения говорить об управлении смысла не имеет.

Итак, цели и средства. Предположим, что и то и другое у управляющего есть. Его задача — так использовать средства, чтобы как можно ближе подойти к цели или с наименьшими затратами, достигнуть ее наиболее безболезненно. А мешать этому будут самые различные обстоятельства, с которыми управляющему предстоит еще справиться: на рынке могут оказаться не те цены и не тот спрос, на которые он рассчитывал, поставщики не смогут своевременно обеспечить его производство кондиционным сырьем, транспортники — транспортными средствами и т. д., в общем, не та конъюнктура.

И, распределяя свой ресурс, управляющий непрерывно прогнозирует результат своих действий. Он анализирует, сопоставляет: «Если я сделаю так, получится то-то, если иначе, то и результат будет иной».

Он все время ведет своеобразный мысленный диалог. И в этом смысле управляющий во многом похож на исследователя.

Если ситуация относительно проста, то ему не очень трудно проследить всю цепочку следствий и легко оценить то, что получится из замысла, во что выльется его способ действия. Для этого ему достаточно общих стандартных рецептов. Вот почему до поры до времени практика управления довольствовалась тем уровнем анализа, который обеспечивал вербальный, то есть словесный, анализ.

Но по мере развития техники и технологии, усложнения хозяйственных связей, да и всего жизненного уклада управляющему уже трудно проследить действия всех логических цепочек, предусмотреть последствия своих собственных действий. Да и требования к точности оценок результатов управленческих решений сегодня совершенно иные, чем были еще полстолетия назад. Современное производство отличается высокой синхронизацией операций. На заводах типа ВАЗ, например, потоки конвейерных линий должны быть согласованы до долей секунды. Все поставки смежников прямо с колес идут в цех. И подобный ритм во всем. К такому режиму подстраиваются и остальные службы завода, каждый сбой которых влечет многомиллионные потери.

И так во всем: в проектировании народнохозяйственных комплексов, при составлении производственных планов, всюду при современных масштабах производства необходима удивительная, я бы сказал, филигранная притертость хозяйственных звеньев.

Но высокая точность, разумеется, не может быть получена дедовскими методами. Управляющему приходится искать способы, позволяющие более ясно увидеть результат своих решений, и эти способы предоставляет ему математика, особенно сейчас, когда она располагает могучими средствами вычислительной техники, позволяющими не только обрабатывать информацию, но и на моделях, имитирующих функционирование того или иного народнохозяйственного организма, предсказывать его будущее, его эволюцию в зависимости от тех решений, которые управляющий сочтет нужным принять. Значит, уже недостаточно словесной характеристики предполагаемых действий, мало бухгалтерских расчетов, проводимых вручную; нужны расчеты, основанные на использовании математических моделей изучаемых процессов, нужны математические методы их анализа.

Поэтому правомерно, что специалисты, занимающиеся использованием ЭВМ в управлении экономикой, однажды начали изучать приемы и методы «Теории технического управления» (ТТУ). При этом оказалось, что в ТТУ уже развиты разнообразные идеи и методы, которые подошли и для управления процессами, протекающими в экономической сфере.

Возникла «Теория технического управления» еще в 40-х годах прошлого века. Она развилась в обширную дисциплину по изучению работы различных регуляторов и созданию основ их проектирования. Важнейшее достоинство ТТУ — это разработка количественных методов оценки качества управляющих устройств. Конечно, сама ТТУ еще довольно бедна для того, чтобы стать основой науки управления процессами общественной природы. Но она является одним из важных элементов современной теории управления производственной деятельностью, и без ее инструментария количественного анализа сегодня вряд ли возможно представить себе хорошо функционирующую систему хозяйственного управления.

«Теория технического управления» долгое время именовалась «Теорией автоматического регулирования» — название, которое сейчас постепенно забывается. Она оформилась в связи с исследованиями центробежного регулятора Уатта, предназначенного для регулирования числа оборотов вала паровой машины. Правда, этим исследованиям предшествовал еще целый ряд работ, которым по тем или иным причинам не суждено было стать родоначальниками новой теории (исследования регулятора Сименса, работы астронома Эри по управлению телескопом и др.). Тем не менее считается, что изобретение регулятора Уатта — событие эпохальное.

Дело даже не в том, что был изобретен еще один механизм для управления паровой машины, — регулятор Уатта впервые реализовал автоматическое управление, управление без вмешательства субъекта, без вмешательства людей. Раньше к паровой машине приставлялся человек, который менял направление и количество подаваемого в цилиндр пара, регулировал ее работу. Теперь все делалось само по себе. Появилось не просто техническое изобретение — родился новый взгляд на принцип управления. Расскажем все по порядку. Сначала — что такое регулятор Уатта, как он работает и каковы проблемы его проектирования и использования.

Представим себе вал трансмиссии, которая в стародавние времена с помощью приводных ремней заставляла работать токарные, сверлильные и прочие станки.

Даже при самой ритмичной работе каждый рабочий-станочник по-своему нагружал трансмиссию. Он то менял заготовки деталей, то менял инструмент, то производил операции, требующие разных затрат мощности, и т. д. Нагрузка на трансмиссию в силу этого все время менялась, и при одной и той же мощности паровой машины, при одной и той же величине вращающего момента вала трансмиссии число оборотов вала менялось. Следовательно, менялись условия работы станков. А это уже недопустимо! Надо было стабилизировать количество оборотов трансмиссии, для чего надо было изменить количество пара, подаваемого в цилиндры. Эту задачу и решал регулятор Уатта. Делал он это так.

Когда нагрузка на вал увеличивалась, он автоматически увеличивал отверстие, через которое пар поступал в цилиндры машины из парового котла, увеличивая тем самым подачу пара. И прикрывал заслонку, когда нагрузка на вал падала, уменьшая подачу пара.

Так появилась первая техническая конструкция, автоматически реализующая обратную связь. Конечно, это утверждение не совсем точное. Технические системы с обратной связью придумывались еще в античную эпоху Героном и Филоном. И регулятор Уатта лишний раз доказывает справедливость утверждения, что «все новое — это хорошо забытое старое»! Но если идеи античных ученых были опытами, опередившими на тысячелетия потребности общества, то регулятор Уатта отвечал жизненной необходимости развивающейся техники и положил начало современному машиностроению. Идея его конструкции была удивительно проста.

Представим себе две симметричные массы (центробежные кулачки), связанные с вращающимся валом OO' (см. рисунок). Эти массы стягиваются пружиной, старающейся уменьшить угол α — угол, на который массы отклоняются от оси при вращении вала. Чем больше число его оборотов, тем больше центробежная сила, действующая на массы m1 и m2) и тем больше будет угол а.