CC BY
32
ИНВАРИАНТНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ В ЗАДАЧЕ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ М.А. Ивлев, канд. техн. наук, доцент
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,
г. Нижний Новгород
Рассмотрены проблемы управления производственными системами как социально-экономическими субъектами. Показаны ограничения применяемых методик организационного управления предприятием в конкурентной среде. С позиции системного похода выявлены инвариантные аспекты гибких производственных систем. Развита технология многоуровневого адаптивного управления ими на основе введенных инвариантов
Предмет и задачи исследования. Под производственной системой (ПС) изначально понималась часть предприятия, которая осуществляет переработку входных объектов - ресурсов в выходные - продукцию, т.е. реализует перерабатывающую функцию. Сейчас такое представление о ПС (назовем его представлением ПС в узком смысле) кардинально трансформируется.
Развитию отраслевых (перерабатывающих) технологий традиционно уделяется исключительное внимание [1], и их уровень вырос настолько, что престал быть единственным критическим фактором конкурентоспособности предприятия, отрасли. Все большее значение приобретают функции обеспечения -организация деятельности перерабатывающей части, и именно они определяют лицо производства и предприятия в целом. Примером направлений развития ПС является Toyota Production System, стержнем которой служит новая организация производства. Стратегия современного предприятия в конкурентной среде должна базироваться на парадигме качества, в соответствии с которой его деятельность рассматривается как «производство качества» и не может быть сведена к перерабатывающей функции [2]. Об этом свидетельствует, в частности, разработка группой ведущих мировых фирм принципов управления производственными системами «APQP (Advanced product management in quality planning)», направленных на достижение качества конечной продукции в процессе ее создания, начиная с анализа «голоса потребителя» и завершая выпуском установочной серии [3].
Итак, появляются отдельные схемы и практические примеры гибкого управления ПС, ориентированного на потребителя. Производственные системы, взявшие их на вооружение (ПС в широком смысле), показывают высокую конкурентоспособность. Однако перенос опыта их работы на другие предприятия (даже при наличии ряда нормативных организационнометодических документов, например, стандартов группы ГОСТ Р 51814) требует значительных усилий, времени и привлечения сторонних «внедренцев», что, однако, не гарантирует желаемого результата. Главной причиной этого обстоятельства следует признать эвристическую несистемную основу применяемых на практике подходов управления ПС. Поэтому задача формирования методов управления на базе адекватных моделей, позволяющих снять указанное препят-
ствие, представляется актуальной. Первым этапом ее решения является идентификация инвариантов системы [4], характеризующих ее результативность на разных этапах развития в динамичной среде.
Обоснование метода решения и модели управления ПС. Рассмотренные выше функции переработки и обеспечения реализуются двумя системами производственного предприятия, которые в теории управления называют соответственно объектом управления (ОУ) и системой управления. Сложившиеся в стабильной среде на типовых подходах системы управления ПС, их направленность на контроль внутренних процессов и слабая связь с целями предприятия не способствуют его «подстройки» к бы-строизменяющимся внешним условиям, переменам в глобальных рыночных отношениях. Характер таких СУ негативно проявился в ряде отраслей Российской Федерации в условиях кризиса, начавшегося в 2008 году. «Во всем мире люди живут и хозяйствуют по обстоятельствам, а нам в России не обойтись без единственно верной идеологии» в решении экономических задач1. Производственные системы, функционирующие «по обстоятельствам» должны соответствовать классу адаптивных систем, основой которых являются изменения (адаптация) алгоритма их управления. При этом под ОУ понимаются бизнес-процессs ПС: разработка нового продукта, подготовка производства и собственно производство серий товаров (услуг), реализуемые в виде проектов [5]. Таким образом, адаптация ПС должна реализовываться на основе совершенствования конструкции изделия, технологии его изготовления, развития гибких организационных структур и оперативно перестраиваемых типов производства [6].
В работах [7,8] рассмотрен общий принцип многоуровневого адаптивного управления (АУ), графическая интерпретация которого в контексте решаемой задачи приведена на рис.1 (здесь цифрами обозначены входы регулирования и адаптации). Однако при реализации АУ возникает ряд трудностей, поскольку
1 Из выступления В.В.Симонова 5 марта 2009 года на заседании круглого стола Секции экономики ООН РАН «Проблемы текущего состояния российской экономики и перспективы ее развития» //Экономика и управление, 2009, №2/5(42). - С.144-147.
достаточно полно для практического применения развита лишь часть методов адаптации, а именно, технологии параметрического регулирования и коррекции (уровени 1 и 2), в то время как подходы адаптации ПС на уровнях, начиная со структурной перестройки ОУ и выше, как правило, имеют концептуальный характер. Так, например, принципы APQP нацелены, в первую очередь, на снижение
разброса технических параметров производимых изделий в партии, повышение их надежности.
Для снятия затруднений в реализации «полноуровневого» АУ необходимо сформировать критерии результативности управления, неизменные по отношению ко всем корректирующим входам ПС. Эти критерии связаны с целями ПС.
Рис.1. Схема многоуровневового адаптивного управления
Категории цели ПС. Современные ПС - системы с обратной связью, реализующие определенную целевую функцию управления, в соответствии с которой формируется закон управления. Для ПС как социально-экономического субъекта можно выделить две целевые функции: внутреннюю и внешнюю. Первая состоит в достижении экономических результатов: получение высокой или возрастающей рентабельности, прибыли за счет поддержания технологичности изготовления товара. Внешняя цель - общественно
значимая категория, состоящая в достижении социальных результатов - обеспечение современного уровня жизни человека в общества, которое через законодательство регулирует деятельность ПС. Указанные цели имеют общее формальное описание - качество, принимающее в соответствии с разными целями два разных смысла. Для первой (внутренней) цели качество - соответствие свойств продукции (функциональных характеристик, надежности, безопасности, экологичности и др.) заданным требованиям. Для
второй цели качество - удовлетворенная потребность человека, общества.
Утилитарный подход к ПС на основе ее экономической цели обусловил в производственной практике преобладание первого значения качества над вторым, что выражается в таких распространенных понятиях, как качество товара, качество услуг. Качество продукции стало инвариантом ПС, определяющим сегодня процессы ее адаптации. Основанные на нем методы управления ПС направлены на контроль соответствия продукции требованиям нормативной документации на нее (техническим условиям) и улучшение ее технических характеристик. Этот инвариант сыграл положительную роль в развитии перерабатывающей части ПС, но в силу низкой степени абстракции он не «предназначен» для реализации алгоритмов адаптивного управления ПС в широком смысле. Его применение приводит, в частности, к тому, что предложения по смене производимого изделия другим, «не похожим» на него (на рис.1 - коррекция уровня 4), будут восприниматься как абсурд и отвергаться. Так было с идеей принципиально нового типа самолета, которая принадлежит российскому ученому А.Уфимцеву, но реализована в США под названием «Стелс».
В то же время, производство товаров-заменителей существующей продукции является главным направлением конкурентной борьбы, отмеченным М.Портером в своей модели «пяти сил» конкуренции. Поэтому ограничение мер адаптации на нижних уровнях схемы рис.1 - на уровнях коррекции параметров и (в редких случаях!) структуры продукции без изменения ее вида и принципов работы, не говоря уже о цели ПС, - бесперспективный путь вечных аутсайдеров, идущих по следам чужих инноваций.
Для снятия указанного ограничения необходимо отделить свойство объекта от самого объекта, т. е. понятие качества отделить от конкретной продукции ПС. Такой подход согласуется с принципом информационной причинности, по которому цель и результат развития систем с самоуправлением определяются информацией, а не ее физическими носителями [9]. В нашей задаче абстрактная форма качества позволит управлять им, не ограничиваясь коррекцией только параметров и структуры продукции, а осуществляя при необходимости гибкое изменение ее вида, а также цели ПС.
Качество жизни человека как инвариант ПС.
Отмеченная выше социальная направленность производственной системы означает, что ее сверхзадачей является обеспечение и повышение качества жизни человека в обществе. Качество жизни (КЖ) - комплексное понятие, которое можно представить как совокупность удовлетворенных потребностей. Классификации, видам и взаимосвязям потребностей человека как субъекта общества посвящен ряд исследований, отраженных в известных моделях потребностей. Примером таких моделей является «пирамида Маслоу» - структура видов потребностей человека в обществе.
Функцию формирования, изменения и развития потребностей выполняет сознание человека, имеющее идеальный и общественный характер. Первое проявляется в том, что потребности являются идеальными прообразами будущих реальных средств их удовлетворения. Вторая особенность сознания состоит в том, что оно формируется, развивается и продуцирует идеальные модели желаемого бытия (реальности) в процессе коллективной деятельности членов общества. Эти идеальные модели должны составлять суть законов управления производственными системами. А продукция ПС является образом КЖ - одним из средств его «доставки» человеку, обществу. В процессе использования продукции потребитель «извлекает» переносимое ею конкретное КЖ. Например, эксплуатируя такие образы качества жизни, как русскую печь или систему центрального отопления, потребитель получает конкретное КЖ - тепловой комфорт в зимнее время года; а, применяя такие образы КЖ, как электроэнергию и электролампы, он получает другое конкретное КЖ - световой комфорт в отсутствии или при недостатке солнечного освещения. Конкретное КЖ характеризуется совокупностью частных (элементарных) потребностей {ЭКЖ,}, учитываемых или игнорируемых в данном образе - продукции ПС. Так, в приведенном примере потребность в тепловом комфорте в многоквартирном доме в сочетании с требованиями экономичности и экологичности более полно будет реализована на основе эксплуатации комплекса центрального отопления, поскольку она учтена в данном образе КЖ.
Итак, процессы «производства» и «потребления» КЖ происходят в двух сферах: в сфере виртуальной реальности (определения востребованного и оценка произведенного КЖ) и в сфере производства вещей, товаров.
Процессы формирования КЖ. Знаковой системой, позволяющей отделить качество от продукции, целесообразно выбрать язык теории множеств. Тогда в терминах решаемой задачи множеству К придадим смысл конкретного качества жизни, а элементам
множества {ЭКЖ;} ( I = 1N N - количество элемен-удаления запросов, потерявших актуальность. Тогда множество К, служащее прообразом будущей продукции конкурирующих ПС, есть множество с нечеткими границами и нестационарной мощностью. На стадии разработки продукции производственная система выбирает из множества К его подмножество {ЭКЖм} = Км 2 К, совокупность элементов которого будет определять «произведенное» качество, доставляемое потребителю посредством продукции вида м. Символом м также будем обозначать отображение множества К в
тов в множестве) - смысл слагаемых конкретного качества, сформулированных в шкале наименований (рис.2). Формирование и эволюция множества К могут быть представлены как непрерывное внесение в него новых требований и
множество Км
М: К ^ Км.
Указанное отображение обусловлено физическими, технологическими, экономическими ограничениями на параметры продукции и производственные операции, критериями стиля и моды.
Затем множество {ЭКЖМ} необходимо преобразовать в характеристики продукции, которые должны быть реализованы для создания требуемого КЖ. Этими характеристикам целесообразно признать конструкторско-технологические параметры продукции,
Рис.2. Процессы формирования качества жизни в образе продукции
которые правомерно именовать техническими характеристиками (ТХ). Данная стадия производства качества рассматривается здесь как процесс отображения множества Км в множество Тм = {ТХм } и записывается как
р : Км ^ Тм .
Математическая процедура неоднозначного отображения Р, включая погрешности реализации, ниже не рассматривается, поскольку подробно изложена нами в работе [2].
В процессе потребления продукции потребитель преобразует совокупность технических характеристик ТХм в Кмп - полученное им конкретное качество жизни. Это преобразование запишем через операцию отображения О
О: Тм ^ Кмп.
Согласно сформулированному выше положению об инвариантности качества жизни в процессах общественного производства цель управления ПС определяется требуемым КЖ, а результативность управления ПС - качеством жизни, достигнутым посредством производства и потребления продукции, а не только ее техническими характеристиками. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что КЖ, переносимое продукцией, есть ее оценка потребителем на основе сравнения с общественными потребностями и предложениями конкурентов. Качество жизни, полученное потребителем, для одного и то же товара будет раз-
Символом «м» обозначен вход корректирующего воздействия (по линии «обратной» связи) на конкретном уровне коррекции, символом «~» - изменения в алгоритме управления на нижних уровнях коррекции, вызванные управляющими воздействиями по «прямым» связям, символом «*» - управляемые корректирующими воздействиями выходы ПС. Приведенные в таблице данные наглядно показывают ограниченность традиционного инварианта тремя уровнями адаптации и соответствие предлагаемого инвариантного аспекта всем видам коррекции алгоритма функционирования адаптивных производственных систем.
Выводы
личным при смене потребностей или изменении спектра альтернативных вариантов. И наоборот, одно и тоже конкретное КЖ может быть «доставлено» потребителю различными товарами, обоснованно называемыми товарами-заменителями и имеющими разные технические характеристики. Качество продукции и переносимое продукцией качество жизни идентифицируются на разных стадиях ЖЦ продукции: для вещи - на стадии ее изготовлении (соответствие конструкции и технологии проектным параметрам), а для переносимого ею КЖ - на стадии потребления (эксплуатации) продукции.
Подмножество Км назовем м-продуктовым (т. е. переносимым продукцией вида м) прообразом КЖ, а продукцию вида м - Км-образом КЖ.
Итак, качество жизни потребителя является тем инвариантом ПС, которое определяет конкурентоспособность предприятия на всех стадиях его ЖЦ. Процессы ПС должны обеспечивать «продвижение» КЖ из виртуальной сферы потребностей в качестве жизни через сферу производства продукции - «носителей» КЖ - в виртуальную сферу удовлетворения потребности за счет «извлечения» КЖ из его носителя - материального образа.
В таблице показана связь уровней АУ с инвариантными аспектами ПС - качеством продукции и качеством жизни потребителя.
Предлагаемый инвариант ПС (качество жизни потребителя) позволит в полной мере использовать принцип многоуровневого адаптивного управления, поскольку целью управления, не зависящей от всех уровней АУ в задаче адаптации ПС, является производимое КЖ потребителя. Указанная цель достигается на основе коррекции алгоритма функционирования производственной системы. Коррекция может включать такие мероприятия, как изменение конструкции продукции, технологии ее изготовления, типа производства и организационной структуры предприятия, а также смену моделей товара и переход на новый вид деятельности (в смысле «производства» другого -востребованного КЖ потребителя), например, в по-
Характеристика уровней адаптивного управления
Уровни Входы корректирующих воздействий Управляемые выходы
коррек- Вход Параметры Структура Вид Цель Качество Качество
ции стабилизации продукта продукта продукта управления продукта жизни
5 *
4 ~ *
3 ~ ~ * *
2 ~ ~ ~ * *
1 ~ ~ ~ ~ * *
рядке диверсификации.
Принципиальным условием АУ (условием выполнимости адекватного формирования множества К и реализации отображений М, Р, В) является то, что участниками деятельности ПС должны быть не только производители, но и потребители продукции, что соответствует проектной модели управления инновационным производством [5]. Частным случаем развиваемого направления является методика APQP , которая так же, как и предлагаемый подход, опирается на экспертные оценки комплексных - «межфункцио-нальных» команд участников проектов [3].
Представленный формализованный подход АУ не заменит действий лица, принимающего управленческие решения, но позволит выполнить их более обоснованно и своевременно.
В соответствии с общей методологией систем следующим шагом решения проблем реализации адаптивного управления должно стать развитие на базе введенного инварианта адекватной теории современных производственных систем [4].
Литература
1. Алдонин И.П. Моделирование работы сложных производственных систем / И.П. Алдонин. Харьков: Высш. шк., 1978. -145 с.
2. Ивлев М.А. Многомерная модель производства качества как основа управления высокотехнологичными проектами / М.А. Ивлев // Интеграл. 2008. №4. - С. 93-95.
3. Перспективное планирование качество продукции и план управления. APQP: пер. с англ. 2-е изд. Н.Новгород: ООО «Приоритет», 2007. - 128 с.
4. Месарович М. Д. Общая теория систем и ее математические основы / М. Д. Месарович // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969. С. 165-180.
5. Ивлев М.А. Модель системы организационного управления высокотехнологичной деятельностью / М. А. Ивлев // Системный анализ в проектировании и управлении: сб. науч. тр. XIII Междунар. на-уч.-практ. конф. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. Ч1. С. 104-106.
6. Ивлев М.А. Логистический подход к управлению организационной структурой социальноэкономической системы /М.А. Ивлев // Экономика и управление. 2009. №2/5.-С.103-107.
7. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами / Л.А. Растригин. М.: Сов. радио, 1980. 232 с.
8. Фрадков А.Л. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы / А.Л. Фрадков. М.: Наука. Гл.ред.физ.-мат. лит., 1990. 296 с.
9. Дубровский Д.И. Сознание, мозг, искусственный интеллект: сб. ст. / Д. И. Дубровский. М.: Еу1ёепйз, 2007. 272с.
Ключевые слова: адаптивное управление, инвариантные свойства, качество жизни, производственные системы, социально-экономическая деятельность
