CC BY
24
X
роника
Ill Международная конфврвнцнн “ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИСТЕМ И ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ”
Профессия ученого обладает одной завораживающей особенностью — возможностью незримого присутствия мыслью, идеей в представлениях и рассуждениях будущих ученых. Чаще всего это происходит в форме внутреннего собеседника, коллеги, достойного уважения и подражания в определенных аспектах своей творческой деятельности.
У каждого достойного ученого есть нечто, воспринимаемое на бессознательном уровне, но ощущаемое и переживаемое как реальность в определенных проблемных ситуациях. Это не что — дух сильной творческой личности, концентрированное мышление, проступающее сквозь традиционную форму научных произведений.
Все достойное не забудется, останется в памяти и мышлении науки, неизбежно отразится в человеческой культуре. Интеллектуальное движение — трудный процесс; нам постоянно приходится искать опору, основание для своих идей в прошлой и настоящей деятельности науки; мы неизменно возвращаемся к истокам, которые богаче мыслью, оттенками, чем их дальнейшее развитие. Современная наука развивается объединенными усилиями настоящих и прошлых поколений ученых, и так будет всегда.
Подобными утешениями можно только приглушить боль от утраты реального общения с покинувшими нас учителями, друзьями, коллегами. Особенно невообразимо жаль рано ушедших талантливых ученых, к числу которых, несомненно, принадлежали члены программного комитета БІСРКО д-ра физ.-мат. наук Николай Антонович Бобылёв и Евгений Георгиевич Сухов.
Светлая им память.
ВВЕДЕНИЕ
В Российской академии наук теоретические основы идентификации традиционно развиваются научным направлением “Идентификация систем”, в создании которого активное участие принимали научные школы академика Я.З. Цыпкина и профессора Н.С. Райбмана. В научно-организационном плане лидирующая роль в создании, развитии и поддержке данного направления принадлежит Институту проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. За время рыночных реформ кадровое обеспечение научного направления “Идентификация систем” существенно изменилось по возрастному составу и уменьшилось численно. Отсутствие необходимых кадров уже не позволяет проводить фундаментальные исследования по многим актуальным темам идентификации. В этих условиях особенно важна координация и синхронизация научных исследований, а также правильный выбор направлений “главного прорыва” в разработке средств идентификации. Координацию и синхронизацию научных исследований трудно осуществить без определенного административного воздействия. Максимум, что можно сделать при отсутствии подобного ресурса, — это организовать международную конференцию по проблемам идентификации с активным воздействием на научную среду с помощью обзора наиболее важных событий и тем конференции, опубликованном в престижном научном журнале. Данная цель была реализована при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) организацией конференций “Идентификация систем и задачи управления” — SICPRO (System Identification and Control Problems).
Главная цель конференций SICPRO — создание теоретических предпосылок объединения различных научных направлений РАН для разработки наукоемких ме-
тодологий поиска решений актуальных практических задач. Предложение в первую очередь сконцентрировать интеллектуальные человеческие и глобальные сетевые ресурсы на создании методологий поиска решений практических задач не означает, что в рамках конференций SICPRO развитию фундаментальных основ придается второстепенное значение. В современных условиях разработка конкурентоспособных в рыночной среде наукоемких методологий мирового уровня всегда связана с развитием фундаментальных основ науки.
III Международная конференция “Идентификация систем и задачи управления” SICPRO’04 состоялась 28—30 января 2004 г. в Институте проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. В организации SICPRO’04 участвовали Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Российский Национальный комитет по автоматическому управлению, РФФИ (проект РФФИ 04-01-10017), Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН. В Программу конференции были включены четыре пленарных и 158 секционных докладов. Полные тексты всех докладов опубликованы в Трудах конференции, изданных на компакт-диске (ISBN 5-201-14966-9) объемом 2232 с. тиражом 1000 экз. Отдельно изданы Сборник пленарных докладов (ISBN 5-201-14965-2) объемом 128 с. тиражом 250 экз. и Программа конференции с аннотациями докладов объемом 124 с. тиражом 250 экз. Проведены три пленарных и 18 секционных заседаний, на которых представлены и обсуждены 136 докладов.
Основные темы конференции:
• общие проблемы системных методологий;
• структурная и параметрическая идентификации;
• непараметрическая идентификация;
• математические проблемы теории управления;
• идентификация медико-биологических систем;
• идентификация и управление организационными системами;
• построение и исследование систем;
• промышленные и аэрокосмические приложения;
Все сказанное означает, что идея создания новой постоянно действующей конференции оказалась состоятельной как организационное мероприятие, имеющее значительный отклик в научной среде. Такие конференции стали ежегодными. Проведение IV Международной конференции “Идентификация систем и задачи управления” 81СРЯО’05 намечено на 25—28 января 2005 г.
В настоящем кратком сообщении ограничимся рассмотрением только пленарных докладов.
ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ
В исследовании Б.Т. Поляка и П.С. Щербакова (Москва) “Возможные подходы к решению трудных задач линейной теории управления” рассмотрены некоторые традиционные задачи стабилизации систем и оптимального управления, относящиеся как к классической теории линейных систем, так и к ее робастному обобщению. Показано, что если изменить математические формулировки стандартных задач так, чтобы отразить инженерные требования к сложности реальных регуляторов, то полученные в результате неклассические задачи являются трудными с математической точки зрения. Более того, как утверждают докладчики, для неклассических задач неизвестны эффективные методы отыскания решения. Эффективным называется такой способ поиска решения, который «гарантированно приводит к точному решению (если оно существует) за “разумное” время».
Обратим внимание на следующий факт. Кардинальная перемена сложности задачи произошла из-за того, что в ее математической формулировке появилось требование синтезировать регулятор заданного типа (по терминологии докладчиков, заданной структуры), или, иными словами, отыскать решение в заданном семействе регуляторов. Какова же будет сложность неклассических задач, если при их создании мы попытаемся учесть значительную часть инженерных требований к качеству реальных систем управления? Например, вместо квадратичного показателя качества возьмем характеристики, сформулированные непосредственно “в терминах простых свойств желаемой системы, таких как перерегулирование, время установления, степень устойчивости, колебательность про цесса и т. д. ”. Нужно ли стремиться к такой степени адекватности между математической и практической задачей, если эффективные методы решения неклассических задач, как правило, отсутствуют и вряд ли могут быть сконструированы? Методологические исследования, основанные на анализе всего жизненного цикла реальных систем, должны формировать возможные ответы на подобные вопросы; создавать представление о цели для фундаментальных математических исследований в области теории управления.
Анализируя неклассические задачи, докладчики приходят к выводу, что их полное математическое исследование возможно в рамках 12 трудных задач линейной теории управления, которые они именуют Проблемами. Задачи называются трудными “в том смысле, что эффективных способов их решения нет и быть не может”; основными препятствиями на пути создания подобных методов считаются невыпуклость и 13-сложность. Значительная часть доклада посвящена обсуждению различных методов, которые могут быть задействованы в
процессе поиска решения Проблем. Предлагаемые и анализируемые методы “либо исходят из достаточных условий, либо имеют численную природу; так или иначе, решение не может быть гарантировано, даже если оно и существует; или же получаемое решение далеко от оптимального...”. Возможные подходы к решению Проблем разделены на четыре группы. В первую входят методы "-разбиения, во вторую — методы, основанные на построении квадратичной функции Ляпунова для системы или общей квадратичной функции Ляпунова для семейства систем; в третью — методы, опирающиеся на понятие сверхустойчивости; в четвертую — численные методы. Утверждается, что “идеи, заложенные в предлагаемых методах, и техника получения результатов плодотворны для широкого круга задач, и на практике эти методы ведут себя вполне удовлетворительно... ”
В чем роль серьезных математических исследований в рамках теории автоматического управления? По-видимому, их основное назначение в:
• исследовании математического базиса инженерных методов и технологий;
• выявлении математических проблем и основных направлений совершенствования математических основ дисциплины;
• разработке математического аппарата, позволяющего создавать более эффективные, чем существующие, инженерные методы и технологии.
Образно говоря, математические методы являются своего рода “заготовками” для создания инженерных методов. При этом, чем меньше интеллектуальных усилий требуется для переработки теоретических методов в инженерные, тем шире область их практического применения. Поэтому так трудоемки математические исследования в рамках теории автоматического управления, что они, с одной стороны, должны соответствовать стандартам математики, с другой — быть хорошей основой для изготовления инженерных методов. Представляется, что доклад Б.Т. Поляка и П.С. Щербакова обладает всеми перечисленными свойствами: содержит математические формулировки фундаментальных проблем, предлагает и анализирует практически все математические подходы к решению сформулированных проблем, подводит к осознанию новых направлений развития теории автоматического управления.
В пленарном докладе В. Н. Букова, В. Н. Рябченко и В. В. Косьянчука (Москва) “Основы технологии вложения систем” утверждается, что:
• технология вложения систем возникла как следствие применения современных результатов алгебры матричных частных в задачах анализа и синтеза многосвязных динамических систем; полученные на основе этой технологии результаты безукоризненны в математическом отношении;
• проблема, с которой помогает бороться технология вложения систем, заключается в том, что матричное уравнение модели системы, полученное из физических или других принципов функционирования системы, зачастую относится к плохо изученному в математике типу уравнений;
• технология вложения систем позволяет эквивалентно преобразовать записанную в произвольной форме систему матричных уравнений решаемой задачи в некоторую универсальную форму, содержащую толь-
ко линейные и (или) билинейные матричные уравнения.
Технология вложения систем состоит из трех этапов:
• на первом этапе из исходных матричных уравнений, составляющих модель исследуемой системы, конструируется проматрица (проблемная матрица) решаемой задачи;
• на втором этапе формируется тождество вложения, которое формализует цели задачи;
• на третьем этапе осуществляется разрешение тождества вложения посредством перехода к линейным или билинейным матричным уравнениям, осуществляемого путем выполнения факторизации — разложения определенного вида всех четырех матриц, входящих в тождество вложения.
Для эффективного решения линейных и билинейных уравнений разработана специальная процедура, названная методом канонизации. Изложенный авторами подход к решению задач синтеза систем несомненно (по новизне и универсальности метода) является новым научным направлением в теории линейных динамических систем.
По-видимому, существует определенная закономерность в чередовании этапов человеческой деятельности по разрешению проблем управления. Здесь и далее слово “проблема” понимается в первоначальном греческом смысле, т. е. как трудность, преграда. Проблема управления (т. е. трудность, затруднение в управлении) на уровне практики обычно состоит в том, что технологи не знают, как создать систему управления, обладающую желательными свойствами. На уровне теории это затруднение традиционно отражается в трудностях придумывания параметрических математических задач, решение которых облегчает создание желательных систем; термин “параметр” здесь понимается в широком смысле.
Сначала проблема осознается на уровне практики. Затем специалисты по теории управления создают первые постановки практических задач, в рамках которых возникает указанная проблема. Если проблема актуальна для теории и практики управления, постепенно возникает теория, например, теория линейных динамических систем, состоящая из большого числа изолированных задач и методов их решения. На третьем этапе кто-то из действующих ученых осознает, что можно разработать единый метод решения всех известных задач теории, если воспользоваться фундаментальными результатами определенного раздела математики, например современными результатами алгебры матричных частных. Результаты третьего этапа применительно к теории линейных динамических систем изложены в докладе В.Н. Букова, В.Н. Рябченко и В.В. Косьянчука. На четвертом этапе на основе разработанного метода создаются более эффективные инженерные технологии. Изобретение единого математического метода полезно еще и тем, что оно позволяет переключить внимание теоретиков на мало исследованные аспекты проблемы или на новые проблемы. Если проблема и на четвертом этапе продолжает оставаться актуальной для теории и практики управления, то на этом этапе могут возникнуть новые нетрадиционные математические задачи. То, что подобное возможно, показано на примере линейной теории управления в пленарном докладе Б.Т. Поляка и П.С. Щербакова.
В. И. Уткин (США) в своем пленарном докладе “Sliding mode control for automobile applications” рассказал о некоторых практических применениях теории управления на скользящих режимах, основы которой быши заложены три с лишним десятилетия назад при его непосредственном участии. Объектами иллюстрации практических возможностей управления на скользящих режимах, ставшего уже классикой теории управления, выбраны различные узлы и агрегаты автомобиля.
После краткого напоминания теоретических основ разработок последовало подробное изложение приклад-нык задач, сопровождаемое богатым экспериментальным материалом. Применение скользящих режимов как мощного инструмента управления техническими системами продемонстрировано на пяти примерах:
• управление автомобильными генераторами трехфазного тока;
• контроль и управление соотношением “воздух — топливо” для двигателей внутреннего сгорания;
• управление содержанием оксидов азота в выхлопе дизельных двигателей;
• управление антиблокировочными тормозными системами;
• управление индукционными электродвигателями.
В каждой из задач математическая модель объекта управления, достаточно компактная и в то же время адекватная, увязывалась с общей схемой скользящего управления, и затем приводились подробные данные экспериментов на реальных объектах (в докладе речь шла о продукции компании “Ford”).
Роль человеческого фактора (в методологиях практического применения математического аппарата) существенно возрастает при переходе от решения задач проектирования реальных автоматических систем к поиску решения задач создания, реформирования и управления сложными социально-экономическими системами. В рамках процесса создания, реформирования и управления “человеконаполненными” системами экспертизы разного типа играют исключительно важную роль. Они могут применяться как средство для получения первичных данных, построения новых моделей, прогнозирования неизмеряемых характеристик, выбора основных вариантов управленческих действий. В пленарном докладе А.А. Дорофеюка (Москва) “Экспертноклассификационные методы идентификации социально-экономических систем управления” предложен единый метод организации коллективный экспертиз, названный методологией коллективной многовариантной экспертизы. На содержательном уровне эта методология выражается с помощью пяти естественных принципов:
• экспертиза проводится в экспертных комиссиях, число которых не меньше числа различных точек зрения на исследуемую проблему;
• в одну и ту же комиссию включаются эксперты, имеющие близкие точки зрения на проблему (т. е. предмет) экспертизы;
• в каждой комиссии работают эксперты, не имеющие конфликтных взаимоотношений;
• для экспертизы отбираются условно компетентные эксперты;
• организация и проведение экспертизы, обработка экспертный оценок, формирование результатов экспертизы должны проводиться специальной консал-
тинговой группой, независимой и не заинтересованной в результатах экспертизы.
Однако реализация этих принципов потребовала создания системы взаимосвязанных формальных и неформальных методов формирования экспертных комиссий, организации сценариев их работы, классификационного (структурного) анализа данных, включающего в себя алгоритм многомерной автоматической классификации, алгоритм автоматического выбора начальных условий, человеко-машинную про цедуру нахождения оптимального числа классов. Представляется, что содержащаяся в докладе А. А. Дорофеюка методология является средством эффективной информационной поддержки руководящего персонала любого крупномасштабного инновационного проекта. В частности, она успешно применялась в таких сложных проектах, как развитие системы регионального здравоохранения, анализ и реформирование системы регионального пассажирского автотранспорта, совершенствование системы межбюджетных отношений федерального центра и бюджетов РФ, совершенствование налоговой политики и системы сбора налогов, совершенствование системы оплаты труда в бюджетной сфере, анализ и совершенствование системы управления ряда крупных предприятий и организаций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Организация конференций по проблемам идентификации позволяет лишь частично скомпенсировать влияние факторов, обусловленных постоянным ухудшением кадрового обеспечения научного направления, принципиально не устраняет основную причину кризиса — крайне низкую оплату фундаментальных исследований, которая не стимулирует приток молодых специалистов в российскую науку, более того, способствует оттоку про-дуктивныгх ученыгх из данной сферы деятельности. Можно ли изменить ситуацию? Конечно, если признать, что базовое бюджетное финансирование и средства федерального бюджета, полученные от сдачи помещений в аренду, выщеляются институтам РАН для финансирования фундаментальных исследований и условий, обеспечивающих их нормальное проведение. К числу этих условий относятся, по нашему мнению, не только традиционные компоненты (помещения, научное оборудование, административно-управленческий персонал), но и научно-практическая и чисто практическая инновационная деятельность сотрудников институтов РАН в рамках заключенных хозяйственный договоров. Данную деятельность предлагается поддерживать за счет средств федерального бюджета только путем предоставления помещений и научного оборудования. Выделение институтам РАН средств на предлагаемые ими фундаментальные темы должно, по-видимому, соответствовать (в определенном смысле) практике выделения средств под проекты, которой придерживается РФФИ. Последнее означает, что каждое отделение РАН должно включать в себя подразделение, в определенном смысле напоминающее РФФИ. Естественно, для институтов РАН должна быть выбрана более “мягкая” конкурсная система, чем у РФФИ. Необходимо также разрешить институтам РАН в плане официально утвержденных работ иметь не только фундаментальные, но и прикладные инновационные темы. Отличие прикладной темы от
фундаментальной, на наш взгляд, состоит в том, что фундаментальная тема финансируется РАН, а прикладная — из источников, которые обязан изыскать руководитель данной темы. В результате сотрудник института РАН может быть исполнителем фундаментальной или прикладной инновационной темы, исполнителем обеих тем, или даже исполнителем нескольких фундаменталь-ныгх тем (научных проектов). Если сотрудник является участником нескольких фундаментальных тем, оплата его научной деятельности определяется поступлениями по каждому выполняемому проекту и может быть значительно больше, чем должностной оклад, который, по-видимому, следует рассматривать как минимальный размер оплаты деятельности в рамках одной фундаментальной темы. Возможность сотрудника академического института не быть занятым в выполнении работ по фундаментальной теме может быть обоснована необходимостью его участия в создании эталонный приложений фундаментальной науки.
Теория идентификации как научная дисциплина, в которой порождается и концентрируется рациональное знание о механизмах идентификации, прежде всего, технологических процессов, может в силу своей уникальной проблематики всегда рассматриваться в качестве базисного направления современной науки. Однако постоянный общественный интерес к любому направлению человеческой мысли определяется не только прошлыми заслугами и объявленными целями, но и содержанием текущих научных исследований: насколько хорошо в этих исследованиях отражаются актуальные проблемы и темы текущего периода развития науки и практики. И в этом отношении теория идентификации сталкивается с существенными трудностями. В первую очередь, как уже отмечалось, они обусловлены разрушением кадрового обеспечения научного направления в связи с недостаточным финансированием фундаментальных исследований. Вторая проблема, органично связанная с первой, вызвана быстрым развитием некоторых дисциплин, которые входят в фундаментальный базис теории идентификации, в частности математической теории систем, теории принятия решений, когнитивной психологии и методологии науки. Это развитие находит слабое выражение на теоретическом уровне направления ввиду крайне недостаточного для нормального развития научного направления количества молодыгх ученых, которым обычно свойственна особая чувствительность к осознанию и использованию нового знания.
Аналогичные трудности возникли, на наш взгляд, во многих научных направлениях Российской академии наук. Эти проблемы не могут быть разрешены разрозненными усилиями отдельных ученых; необходимы скоординированные коллективные действия всего научного сообщества по оптимизации своей структуры и деятельности. Историческая роль действующего сейчас поколения пятидесяти-шестидесятилетних ученык (элиты научный направлений), по-видимому, состоит в том, чтобы подготовить и осуществить адаптацию Российской академии наук к условиям существующей и будущей рыночной среды; сохранить традиционные российские научные центры фундаментальных исследований.
К.С. Гинсберг в (095) 334-87-59
E-mail: [email protected] □
ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ № 4 • 2ПП4
99
