CC BY
7
УДК 338:681.5
АНАЛИЗ ПОДСИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И КОРРЕКТИРОВКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ЕГО КИБЕРНЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Б.Л. Ершов
Ивановский филиал Российского экономического университета имени Г.В. Плеханова
В статье приведена структура одной из подсистем кибернетической модели человека. Подсистема моделирует планирование и корректировку деятельности человека. Предложены схемы алгоритмов работы функциональных узлов подсистемы.
Ключевые слова: кибернетическая модель, теория автоматического управления, структурная схема, подсистема, планирование, мониторинг, корректировка, деятельность человека, стратегическое и тактическое планирование, алгоритмы выполнения процессов.
В ранее опубликованных работах [1-5] были выявлены особенности системы образования как системы управления, описана возможная модель поведения человека в образовательной среде, способы определения ряда параметров модели и подходы к формированию алгоритмов работы её функциональных звеньев. Исследование проводилось в терминах теории автоматического управления (ТАУ) и было направлено на получение модели, позволяющей количественно оценить возможности человека и системы, в составе которой он работает.
Указанные выше работы позволили качественно объяснить некоторые процессы, протекающие в системе образования, и отличия человека и системы образования от технических систем автоматизированного управления, а также количественно оценить некоторые параметры модели и процессов, протекающих в социально-экономических системах. Алгоритм действия одного из самых главных блоков модели (блока управления) остался практически нераскрытым в силу сложности самого блока. В [5] раскрыт алгоритм работы одной из его подсистем - подсистемы формирования амбиций. Задачей настоящего исследования является раскрытие алгоритма работы подсистемы планирования и корректировки деятельности человека.
На рис. 1 показана описанная в [4] структурная схема человека как объекта автоматизированной системы управления, уточнившая модели, разработанные ранее [1-3]. В её состав входят следующие подсистемы: блок управления (БУ), исполнительные механизмы (ИМ1, ИМ2, . . ., ИМ„) и блок распределения ресурсов (РР). Деятельность человека формируется под влиянием управляющего воздействия (У), информационного шума (Ш) и амбиций (А), которые являются его представлениями о желаемом или заслуживаемом уровне жизни и положении. Результаты деятельности представлены сигналами Уи У2, ...У„, образую щими матрицу У1.
Блок управления БУ формирует сложный сигнал управления деятельностью человека в различных направлениях с компонентами Х1, Х2, . . . , Хп и сигнал Хр управления блоком распределения ресурсов РР. Блок распределения ресурсов распределяет ресурсы, имеющиеся в распоряжении человека, которые делятся на поступающие ресурсы (РП) и уходящие (РУ). В системе присутствует сигнал обратной связи в виде множества оценок (О) резуль-
1 По сравнению с [4] на рис. 1 изменено обозначение результатов деятельности по направлениям. Вместо Рь Р2, ... Рп применены обозначения У1, У2, ...У„. Это сделано в целях исключения совпадения с обозначениями матрицы поощрений Р=[ Рь Р2, ... Ри]
татов труда человека потребителями его продукции. Накопленный опыт предшествующей деятельности хранится в блоке памяти. Накопленный опыт (НО) позволя-
ет человеку интуитивно оценить свои возможности в различных направлениях деятельности и соотнести полученные результаты с понесёнными затратами.
Рис. 1. Структурная схема человека как объекта кибернетической системы
Поскольку параметры, характеризующие возможности и деятельность множества людей, разные у каждого индивидуума и формируются под действием конечного числа факторов, целесообразно разбить множество индивидуумов на подмножества и говорить о средних значениях параметров для каждого подмножества. Механизм формирования значений параметров в большинстве случаев неизвестен. Поэтому возможно сформировать значения параметров с помощью уравнений регрессии вида
Р = ..., Л) + е, (1)
где , ■■■, Л) - некоторая ана-
литическая функция, отражающая наше представление о процессах, происходя-щи х в системе,
ЛЛ, ■■■, Л - значения факторов, влияющих на параметр Р,
е - случайная величина, отражающая погрешности наших представлений о процессе и действие помех, искажающих объективные результаты исследования.
Необходимые для этого статистические данные можно накопить посредством постановки экспериментов или проведения опросов.
Значения факторов, влияющих на параметры модели, описываются множеством матриц [4], в число которых входят:
• матрица заданий санкций (»V) и поощрений (Р), образующие сигнал управления;
• матрица амбиций (А), состоящая из подматриц амбиции в области уровня жизни (ам), морального удовлетворения работой (аП) и положением (в т.ч. и служебным) в обществе (амУ);
• матрица шума (Ж), элементы которой усиливают (щ), ослабляют (щ) или искажают (пг) управляющее воздействие;
• матрица накопленного опыта (Е), элементы которой хранят накопленный опыт в различных направлениях деятельности и взаимоотношений с людьми;
• матрица насыщенности ресурсами (Я), элементы которой возможно оцени-
вать разными способами, в частности, отношениями имеющихся различных ресурсов к их максимально достижимому уровню.
Следует иметь в виду, что при построении динамической модели, учитывающей временной фактор, потребуется прогнозирование значений различных параметров. Это задача анализа временных рядов. Классическое уравнение регрессии может дать неточный результат. Решение этой проблемы не входит в задачу настоящей статьи.
Управление любым сложным объектом, процессом или системой предполагает осуществление циклического процесса, включающего в себя планирова-
ние, мониторинг исполнения, коррекцию плана. Все эти процессы существуют на двух уровнях: стратегическом и тактическом (оперативном). Стратегический уровень рассматривает работу в долгосрочной перспективе, тактический - в краткосрочной. В идеале эти процессы должны быть непрерывны во времени. К сожалению, это невозможно по ряду чисто технических причин: указанные процессы и сбор данных, необходимых для их осуществления, выполняются за конечные промежутки времени. На рис. 2 показана обобщённая модель работы блока управления.
Рис. 2. Обобщённая модель работы блока управления
Результатом стратегического планирования является план, который определяет объёмы работ по каждому виду деятельности, календарный график выполнения работ, массив начальных значений матрицы приоритетов видов работ. Результатом тактического планирования является массив значений элементов матрицы текущих заданий X и матрицы сигналов распределения ресурсов ХР.
Начало процесса стратегического планирования определяется выходным сигналом блока обнаружения изменений (БОИ). При изменении хотя бы одной матрицы из числа матриц заданий (Я), санкций
(»V) или поощрений (Р) происходит запуск процесса стратегического планирования Перезапуск процесса происходит также в случае невозможности получения запланированного результата в результате корректировки плана на стадии тактического планирования.
Несколько необычная последовательность процессов (мониторинг предшествует тактическому планированию) не оказывает влияния на конечные результаты, т.к. в начальный момент выполнения стратегического плана элементы матрицы результатов У равны нулю и управляющие воздействия X и ХР соответствуют резуль-
татам тактического планирования, проведённого на момент начала деятельности человека.
Разрывность процессов во времени учитывается узлами сравнения УС1 и УС2. На их входы подаются текущее время I и массивы моментов мониторинга ¿П и получения оценок результатов работы человека ¿о. В моменты совпадений значений входных сигналов выдаются сигналы "Пуск" для процессов мониторинга и тактического планирования и "Запись" для процесса записи данных в память. В результате текущие значения матрицы результатов работы воспринимаются памятью как массив конечных результатов работы УК, а блоком мониторинга - как промежуточные оценки результатов Ук. Текущие оценки результатов будут восприняты памятью при появлении сигнала "Запись".
Алгоритм процесса мониторинга предельно прост: в момент мониторинга из плановых объёмов работ вычитаются фактически выполненные объёмы работ. Нулевые результаты соответствуют плановому ходу деятельности, положительные -отставанию, отрицательные - опережению графика работ. Отставание и опережение графика являются основанием для изменения соответствующих элементов матриц X и Хр.
Модель стратегического планирования деятельности представлена на рис. 3. Первым процессом в стратегическом планировании является интерпретация управляющего воздействия, осуществляемая Блоком интерпретации сигналов управления (БИСУ).
ттт
2.Ш Эш Рш
Рис. 3. Модель стратегического планирования
На вход блока БИСУ подаются сигналы:
• управления, представленные матрицами 2, V, Р;
• шума, представленного матрицами шумов по каналам управления 2Ш, санкций VШ и поощрений РШ;
• матрицы моральных установок МУ и правовых ограничений ПО, амбиций А и накопленного опыта Е.
Первой процедурой, реализуемой в этом блоке, является смешивание сигналов управления и шума. Шум может увеличи-
вать или уменьшать значения элементов матриц 2, V, Р на величины элементов матриц Д2ш, Л»ш, ДРш, зависящих от элементов матриц шума и являющихся случайными числами. Поэтому для сигналов Д2ш, Л»ш, ДРш можно указать границы доверительных интервалов, математические ожидания и законы распределения. В простейшем случае значения элементов выходных матриц 2ем, »см, Рем можно определить как суммы соответствующих элементов матриц 2 V, Р и Д2ш, Л»Ш, ДРш. В более сложных случаях потребуется другой ал-
горитм. Вопрос статистического исследования сигналов шума не является предметом данной статьи.
Второй процедурой является корректировка элементов матриц Яем, »ем, Рем с учётом накопленного опыта Е и амбиций А, а также моральных установок и правовых ограничений. Накопленный опыт, моральные установки и правовые ограничения могут существенно влиять на представление сигналов управления в сознании исполнителя. Требование выполнить работу с заведомо невыполнимым объёмом или неприемлемую с моральной или правовой точек зрения приводит к следующим результатам:
• исключение этой работы из списка работ, что означает отказ от её выполнения или игнорирование требований руководства;
• негласное изменение задания так, чтобы работа оказалась приемлемой по указанным выше соображениям.
В результате на выходе блока БИСУ появится матрица скорректированных сигналов управления Як, »к, Рк, отражающая не только взгляды руководства и объективные обстоятельства, но и индивидуальные особенности восприятия сигналов управления конкретным индивидуумом и коллективом в целом. В основу расчёта может быть положено вышеупомянутое уравнение регрессии.
Важным моментом в стратегическом планировании является анализ обеспеченности ресурсами. Эту задачу решают следующие функциональные узлы подсистемы:
• блок расчёта потребности в ресурсах (БРПР);
• блок проверки обеспеченности ресурсами (БПОР);
• блок поиска дополнительных ресурсов (БПДР).
Расчёт потребности в ресурсах основан на предшествующем опыте Е, представляемом массивами норм потребления ресурсов НП и производительности для различных работ ПР. Ресурсы делятся на временные и материальные. К первым от-
носятся затраты времени на выполнение работ человеком и оборудованием, представляемые массивом Тн, ко вторым - все остальные ресурсы: финансы, сырьё и материалы, оборудование, и т.д. Потребности во временных и материальных ресурсах рассчитываются по формулам:
т =
° И ПР,
(2)
Кщ =Е НП^^ , (3)
,=1
где п - количество видов деятельности; ] - номер материального ресурса; ПР1 - производительность /-ого вида работы;
НП^ - норма потребления ресурса с номером] работой с номером /; 21 - задание (требуемый объём) по /-му виду деятельности.
Блок проверки обеспеченности ресурсами просто сравнивает рассчитанную потребность в ресурсах (произведения элементов матриц ТН и ЯН на требуемые объёмы работ) с соответствующими элементами матрицы ресурсов Як, образуемой посредством сложения соответствующих элементов матрицы наличных ресурсов и матрицы дополнительных ресурсов Яд, которая формируется блоком поиска дополнительных ресурсов БПДР. Матрица Яд формируется по команде "Искать", создаваемой блоком БПОР в случае обнаружения недостатка какого-либо вида ресурса. Поиск дополнительных ресурсов выполняет блок БПДР, который просматривает возможности привлечения сторонних ресурсов или скрытых резервов. Объёмы найденных дополнительных ресурсов отражает матрица дополнительных ресурсов Яд. При поиске дополнительных ресурсов возможны две ситуации:
• найденные дополнительные ресурсы совместно с имеющимися ресурсами оказываются достаточными;
• найденных и имеющихся ресурсов недостаточно и возможности поиска исчерпаны.
п
В первом случае блок БПОР выдаёт команду "Достаточно", во втором случае блок БПДР выдаёт команду "Исчерпан (поиск)". В обоих случаях формируется стратегический план работ и матрица приоритетов.
Алгоритмы работы блоков формирования приоритетов (БФП) и блока формирования стратегического плана (БФСП) имеют два варианта, соответствующих упомянутым ситуациям. В первой ситуации объёмы всех работ соответствуют скорректированным заданиям 2К, а приоритеты РГ всех видов деятельности и всех видов работ лежат в пределах от нуля до единицы, равны между собой и в сумме составляют единицу.
Во второй ситуации объёмы отдельных работ могут быть уменьшены и даже сделаны нулевыми за счёт значений приоритетов. Приоритеты формируются с учётом матриц поощрений Рк и санкций Их элементы должны быть измеряться в одинаковых единицах, например, в денежном выражении. Поощрения отражают приход денег исполнителю, санкции -уход. Невыполнение работы означает неполучение средств в сумме равной сумме соответствующих элементов указанных матриц. Упорядочив суммы недополучения средств, можно исключить часть работ с наименьшими указанными суммами как малозначимые. Далее работы упорядочиваются по срокам их завершения и им присваиваются приоритеты по принципу: 'Чем раньше срок завершения работы, тем выше приоритет".
Процедура составления стратегического плана сводится к составлению списка работ, установления их связей между собой, указанию трудоёмкости и определению последовательности их выполнения, а также назначению ресурсов каждой работе. Наиболее наглядным является представление работы в виде сетевого графика. На основании критического пути можно найти продолжительность выполнения всех видов работ и даты их завершения. Если даты завершения работ удовлетворя-
ют требованиям, то производится проверка отсутствия перегруженности ресурсов. Так, например, если в какие-то периоды человек должен работать больше 16 часов в сутки или оборудование должно работать дольше, чем произведение КПВх24 (где КПВ - коэффициент полезного времени), то человек или оборудование окажутся перегруженными. Если перегрузка ресурсов обнаружится, то необходимо скорректировать стратегический план. Если перегрузки нет, то процесс формирования стратегического плана завершён.
Тактическое планирование начинается с проверки обеспеченности текущих работ ресурсами и предполагает формирование списка управляющих сигналов XI, х2, ..., хп из элементов матрицы и распределение ресурсов между выполняемыми работами.
Схема алгоритма формирования тактического плана приведена на рис. 4. Выходом алгоритма является массив заданий X исполнительным механизмам модели и массив сигналов распределения ресурсов ХР между выполняющимися работами (рис. 1). Массив сигналов управления работами состоит из массива сигналов управления работами, выполняющимися по графику стратегического плана ХГ> и массива сигналов управления работами, выполняющимися вне указанного графика Хд.
Первой операцией тактического планирования является формирование массива X (рис. 1). На первом этапе блоком формирования массива ХГ (БФ ХГ) формируется массив сигналов ХГ, управляющий работами, выполняющимися по графику стратегического плана.
Этот массив формируется по алгоритму:
X Г =
7
к
если ЬОКП ^ Ь ^ Ь п
0, иначе
где ХГх - время начала работы с номером X по графику стратегического плана; Хокп - время окончания работы с номером X по графику стратегического плана.
Рис. 4. Схема алгоритма тактического планирования
Далее блоком проверки обеспеченности ресурсов тактического плана (БПОРТ) выполняется проверка обеспеченности ресурсами плановых работ. Возможно три ситуации:
• ресурсов достаточно только для плановых работ, выполняющихся в соответствии с графиком работ стратегического плана;
• имеется избыток ресурсов;
• ресурсов недостаточно даже для работ, выполняющихся по указанному графику.
В первой ситуации вырабатывается сигнал "Исчерпано", являющийся сигналом готовности массивов ХГ и пустого массива сигналов управления Хд. Во второй ситуации создаётся сигнал "Избыток" (ресурсов), и блок формирования массива сигналов (БФ Хд) управления работами, выполняющимися вне графика, заполняет массив Хд, элементами матрицы Як, которые соответствуют работам, выполнение которых возможно параллельно с работами, выполняющимися по графику. Этот процесс осуществляется в цикле до появления сигнала "Исчерпано". Сигнал "Исчерпано" в первой и второй ситуациях означает, что процесс формирования матрицы Х завершён и блок формирования массива Х (БФ Х) может пропустить на выход массив заданий Х. В третьей ситуации сигнал блок БПОРТ формирует
сигнал "Недостаточно", который используется для перезапуска процесса стратегического планирования в целях коррекции плана работ.
После формирования массива сигналов управления исполнительными механизмами происходит формирование приоритетов блоком БФП. Он переопределяет исходный массив приоритетов РГ с учётом значений управляющих сигналов в массиве Х и результатов мониторинга, представленных массивом отклонений О. Приоритеты работ, идущих с отставанием, повышаются, а приоритеты работ, идущих вне графика, понижаются, но сумма приоритетов всех работ составляет единицу. Если работ идущих вне графика нет, то понижаются приоритеты работ, идущих в соответствии с графиком.
На наш взгляд, практическая значимость рассматриваемой модели после обобщения материалов [1 - 5] заключается в обеспечении возможности качественного анализа процессов, происходящих в социально-экономических системах, в частности, в системе образования. После детального раскрытия алгоритмов работы функциональных звеньев модели и формирования значений её параметров можно перейти к более обоснованному планированию деятельности индивидуумов и формированию для них плановых
задании с учётом их динамических свойств и возможностей.
Заключение
1. Предложена обобщённая функциональная схема подсистемы планирования и корректировки деятельности человека для его кибернетической модели.
2. Предложены схемы алгоритмов работы функциональных блоков исследуемой подсистемы.
3. Подсистема планирования и корректировки деятельности человек является дискретной во времени и при аналитическом исследовании требует достаточно сложного математического аппарата.
4. Подсистема планирования и корректировки деятельности человека и вся кибернетическая модель в целом похожи на известные из теории автоматического управления системы подчинённого регулирования.
5. Описание исследуемой подсистемы даже в терминах теории автоматического управления (ТАУ) приближается по структуре к описанию модели на языке имитационного моделирования.
6. Применение имитационной модели в данном случае несколько упрощает процесс исследования деятельности человека, исключая громоздкие аналитические преобразования, связанные с определением передаточных функций отдельных функциональных узлов модели и всей системы в целом, и расширяет возможности исследования поведения человека, т.к. появляется возможность учитывать случайные факторы, что является неотъ-
Рукопись поступила в редакцию 01.10.2015.
THE ANALYSIS OF THE SUBSYSTEM OF PLANNING AND ADJUSTMENTS TO HUMAN ACTIVITIES FOR ITS CYBERNETIC MODEL
B. Yershov
емлемой особенностью имитационного моделирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ершов, Б.Л. Человек как элемент кибернетической системы: Актуальные проблемы эко -номики, торговли и управления / Б.Л. Ершов //Сборник материалов итоговой научно -практической конференции преподавателей и аспирантов с международным участием. - Иваново, РГТЭУ (Ивановский филиал). - 2013.- С. 311 - 319.
2. Ершов, Б.Л. Методологический подход к моделированию деятельности человека как элемента кибернетической системы : Стратегия прогнозирования современного социально -экономического и культурно-инновационного развития / Б.Л. Ершов //Сборник материалов итоговой научно -практической конференции преподавателей, аспирантов и магистрантов с международным участием .- Иваново, Ивановский филиал РЭУ имени Г.В. Плеханова, 2014.-С. 351 - 358.
3. Ершов, Б.Л. Особенности исследования системы образования как кибернетической системы / Б.Л. Ершов//Современные наукоёмкие технологии. Региональное приложение.-2014.- № 1.- С. 6 - 14.
4. Ершов, Б.Л. Общий подход к моделированию деятельности человека на основе его кибернетической модели / Б.Л. Ершов //Современные наукоёмкие технологии. Региональное приложение. -2015. - №2. - С. 135 - 143.
5. Ершов, Б.Л. Алгоритмы формирования амбиций преподавателя и приоритетов его деятельности для кибернетической модели поведения человека в образовательной среде: Социально -экономические аспекты инновационного развития регионов / Б.Л. Ершов // Сборник материалов итоговой научно-практической конференции преподавателей, аспирантов и магистрантов с международным участием в 2014 г. Том 1. -Иваново, Ивановский филиал РЭУ имени Г.В. Плеханова.-2015.- С. 186 - 190.
The article describes the structure of one of the subsystems of a cybernetic model of man. Subsystem models planning and adjustment of human activities. Proposed also schemes of the algorithms of work of the functional units of the subsystem
Key-words: the cybernetic model, the theory of automatic control, block diagram, subsystem, planning, monitoring, adjustment , human activity, strategic and tactical planning, the algorithms running the processes.
