Сущность и системы управления морским транспортом

Управление морскими судами – значит создать огромную документальную программу, физическую базу и специалистов для достижения положительных результатов.

Сущность управления морским транспортом

Основным стержнем научных теорий, в том числе и теории управления, выступает идея так называемых системных исследований.

Системный подход как метод научного познания

Понятия «система» и «системность» используются в самом широком смысле: теоретически любой объект научного исследования может быть рассмотрен как некая система. Мы говорим о системе линейных уравнений и системе йогов, системе высшего образования и Солнечной системе, системах материально-технического снабжения, кровообращения, общественного питания, пищеварения, счисления, транспортных коммуникаций и многих других, интуитивно понимая, что общей для всех этих различных понятий является некая упорядоченность.

Элементы общей теории систем

Упорядоченность системы заключается в том, что набор элементов, из которых она состоит, представляет собой такую целостность, в которой сумма характеристик элементов не дает еще Управляемость и инерционные характеристики судна на мелководье и в узкостихарактеристики системы. Это свойство определяется взаимодействием элементов системы и ее целенаправленностью, стремлением достичь определенного, наперед заданного состояния. Все указанные факторы предопределяют особое свойство системы — организованную сложность. Взаимосвязи между элементами таковы, что изменение какой-либо одной из них влечет за собой изменение многих других. Изменение числа элементов в системе не только изменяет число связей, но меняет и прежние взаимосвязи.

Проблемы организованной сложности не рассматриваются классической наукой, в частности, классическая математика не имеет средств выявления взаимоотношений между несколькими объектами. В ней прикладные задачи при их решении сводятся к расчету сил взаимодействия только двух объектов: двух тел в механике, двух элементарных частиц в физике и т. д.

Классическая математика, кроме линейных и нелинейных задач для двух переменных, рассматривает также взаимодействие бесконечно большого числа переменных, связанных между собой. Эти проблемы решаются методами теории вероятностей и математической статистики.

Предлагается к прочтению: Скоростные характеристики топливной аппаратуры судового двигателя

Однако, говоря о проблемах организованной сложности, имеют в виду взаимодействие большого, но не бесконечного числа переменных, обладающих сильными взаимными связями. Только во второй половине XX в. возник ряд научных направлений, призванных описать такой вид взаимодействия, в частности, общая теория систем.

Системный подход, исключая односторонне-аналитические и линейно-причинные методы исследования, делает основной акцент на анализ целостных интегральных свойств объекта, выявление его связей и структуры.

Качественные характеристики термина «система»

Понятие «система» выделяет некоторое количество входящих в нее элементов. При этом существует множество элементов, взаимодействующих с системой за ее пределами, и это множество составляет внешнюю среду данной системы.

Вопросы взаимодействия элементов системы как между собой, так и с элементами внешней среды зависят от определения границ системы.

Из существа системного подхода вытекает, что одна и та же совокупность элементов в одном случае может рассматриваться как система, а в другом — как часть некоторой другой, большей системы. Поэтому в состав системы и ее внешней среды при каждом исследовании включается то, что исследователь считает существенным. Однако это вовсе не означает, что локализация системы, определение ее границ осуществляется субъективно: по мере расширения и уточнения своих знаний о системе, составления все более точной ее модели исследователь вынужден вновь и вновь возвращаться к вопросу о границах системы, взаимосвязях ее с внешней средой, корректируя свое первоначальное представление.

Множество элементов, составляющих систему, всегда можно разбить по некоторым признакам на подмножества, выделяя из системы ее составные части — подсистемы, которые, в свою очередь, можно делить на еще более мелкие подсистемы, вплоть до молекул, атомов и т. д. С другой стороны, руководствуясь некоторыми общими признаками, можно объединить несколько систем в одну общую систему, в которую исходные системы входят в качестве подсистем. В этом случае выявляется иерархия систем — деление их по уровням, или рангам.

В соответствии с иерархией каждая система может быть разделена на подсистемы более низкого уровня, являясь сама подсистемой системы более высокого уровня, так называемой метасистемы. При выделении границ системы и при делении ее на подсистемы исследователь руководствуется определенными общими правилами. Так, при определении множества элементов, образующих систему, нельзя объединять несовместимое и пытаться разделить неделимое. Если задана цель функционирования системы и алгоритмы ее функционирования, то состав элементов, образующих систему, определяется однозначно. Например, при оптимизации работы флота требуется составить план распределения судов по линиям (направлениям) таким образом, чтобы достичь максимальной эффективности перевозок с точки зрения некоторого существенного критерия. При этом моделируется система морских транспортных коммуникаций, в качестве элемента которой целесообразно рассматривать не линию, судно или порт, а Крупнотоннажное судно как объект управлениясудно на линии (направлении).

В процессе деления системы на подсистемы стараются руководствоваться следующим принципом: подсистемы, подчиненные одной системе, действуя совместно, должны выполнять все функции, задаваемые системой, в состав которой они входят. Деление подразумевает, что каждая система состоит не менее чем из двух подсистем. К сожалению, в практике административного управления этот очевидный принцип часто нарушают, подчиняя подсистеме n-го уровня одну подсистему n — 1-го уровня. Так, например, система управления маленьким портом, где нет отдельных районов, часто полностью копирует структуру управления больших портов, разделенных на несколько районов. Такая совокупность представляет собой патологическую подсистему n-го уровня.

Классификация систем

Разделение систем на классы производится по разным признакам. С точки зрения их связи с внешней средой все множество систем можно разбить на два класса:

• абсолютно обособленные системы («закрытые»), т. е. такие, которые не находятся под влиянием внешней среды и сами не оказывают никакого влияния на внешнюю среду;
• относительно обособленные системы («открытые»), на которые внешняя среда воздействует по определенным ограниченным каналам, называемым входами, а сами системы воздействуют на внешнюю среду по каналам, называемым выходами. Допускается, чтобы некоторые выходы системы являлись одновременно и ее входами (самосопряжение систем).

По степени сложности системы делят на простые и сложные. Сложность экономической системы зависит от того, сколько разных сторон (аспектов) объекта или явления приходится исследовать одновременно. С этой точки зрения сложной называют такую систему, которая позволяет исследовать изучаемое явление не менее чем в двух аспектах. Например, система планирования работы морского флота, являясь очень сложной, предполагает одновременный учет комплекса результативных показателей:

• объема перевозок (в тоннах, тонно-милях, по номенклатуре грузов и по направлениям);
• времени выполнения заданного объема перевозок;
• затрат тоннажа;
• эксплуатационных расходов;
• валютного дохода и т. д.

По характеру объективно существующих причинно-следственных связей системы разделяют на детерминированные и вероятностные.

В детерминированной системе все элементы взаимодействуют точно предвидимым образом (например, обработка детали по определенной технологии, погрузка или выгрузка судна по заданной технологии и т. д.).

В вероятностной системе нельзя сделать точного предсказания ее поведения, но с определенной вероятностью можно ожидать появления того или иного прогнозируемого события. Наглядными примерами вероятностной системы являются система прогнозирования погоды, Международные Правила морской перевозки опасных грузовсистема морских перевозок (особенно в сложных навигационных условиях, например в Арктике) и т. д.

Выделяют также большие системы. К ним относят системы, которые невозможно исследовать иначе, как по подсистемам. По признаку содержания элементов системы делят на материальные и информационные.

К материальным системам относится система водоснабжения или электроснабжения, судно как инженерное сооружение, перегрузочная машина, портовый склад и т. д., к информационным – диспетчер и вверенная ему группа судов, судоходная компания, агентская фирма и т. д.

Системы управления

Общие сведения

В дальнейшем будут рассматриваться не все возможные системы, а только определенный их класс — очень сложные информационные системы управления, называемые также кибернетическими. Одна из характерных особенностей таких систем — способность реагировать на внешние (по отношению к данной системе) воздействия, изменяя их с учетом хода управляемого процесса и обеспечивая ведение его в заранее заданном режиме.

Кибернетические системы являются объектом исследования и изучения кибернетики – науки об общих закономерностях процессов управления и передачи информации систем качественно различной природы, например технических, биологических и социальных.

С понятием «управление» человек сталкивается ежечасно на протяжении всей своей жизни, а человечество — на протяжении всей своей истории. Представление о кибернетике неотделимо от новейшей техники для управления, мощных электронных вычислительных машин, современных математических методов управления производственными и экономическими системами.

Кибернетика доказала, что сходство процессов управления в различных системах имеет закономерный характер и субстратом этих процессов является информация (подобно тому, как субстратом физико-химических процессов выступает энергия), а также что информационные процессы, независимо от природы носителей информации, подчиняются общим количественным закономерностям.

Читайте также: Суда с механическим двигателем

Как отмечалось ранее, в зависимости от различной природы возникновения кибернетические системы могут быть техническими, биологическими, экономическими и т. д. Среди кибернетических систем особое место занимают системы управления экономическими объектами: народным хозяйством в целом, отдельными его отраслями, например морским транспортом, отдельным предприятием (портом или пароходством) или его подразделениями. Системы управления экономическими объектами, или экономические системы, характеризуются сложным поведением и очень развитой структурой взаимосвязей элементов.

Судоходное предприятие, например, рассматриваемое с точки зрения управления, является очень сложной вероятностной кибернетической системой, сложность которой обусловлена наличием многих технических, технологических, экономических, политических, социально-правовых, гидрологических, метеорологических и т. п. элементов. Как правило, в такой системе состав и поведение различных элементов характеризуются собственными закономерностями и описываются различными языками с использованием терминологии разных отраслей наук.

Однако с точки зрения управления экономическую систему нет необходимости рассматривать во всей ее полноте и сложности. Обычно в зависимости от конкретной цели исследования бывает целесообразным рассмотрение и описание лишь одного аспекта функционирования системы, например, ее рентабельности или доходности, размера эксплуатационных расходов и т. д.

Содержание и форма системы управления

Всякая система как целостное образование характеризуется формой и содержанием. В ее основе лежат процессы, совершающиеся между элементами системы, которые и составляют ее содержание. Процессы, происходящие в системе, являются свидетельством того, что она постоянно находится под воздействием как внутренних сил, так и внешней среды.

Под внутренней силой понимается управляющее воздействие, обеспечивающее упорядоченное состояние и заданный уровень организованности системы. На транспорте, в том числе и морском, роль таких внутренних сил играет диспетчирование.

Внешней средой, в которой функционирует транспортная система, могут служить условия предъявления грузов к перевозке, Особенности выбора курсов для океанского переходанавигационные условия судоходства, взаимодействие смежных видов транспорта и другие возмущающие воздействия, которые стремятся вывести систему из состояния равновесия, понизить уровень ее организованности.

Если, например, перевозки на регулярной линии, где работает определенное количество судов, рассматривать как систему, движение которой регламентировано во времени и пространстве, установлен его ритм и каждая операция логически следует одна за другой, то действие внутренних и внешних сил здесь уравновешено, т. е. система находится в динамическом равновесии. Если же появляется какое-то возмущение (отсутствие груза, выход судна из строя, шторм, замерзание акватории порта и т. д.), то равновесие системы нарушается. В этом случае должен сработать механизм регулирования системы, который восстановит ее равновесие.

Организационная структура

Структура определяет качество системы и протекание свойственных ей процессов, т.е. производительность системы во многом зависит от ее структуры. Принято считать, что правильно организованная структура предполагает такую расстановку сил и средств системы, которая позволяет получить наилучшие результаты, т. е. наивысшую производительность системы при возможном уровне затрат средств. Однако даже оптимальная расстановка средств может не привести к оптимуму уже на первых этапах работы по этому плану вследствие изменения внешних условий. При выяснении причин такого явления, прежде всего прибегают к анализу изменившейся обстановки, ссылаясь на отсутствие резервов и т. д. и редко обращают внимание на структуру системы. А между тем очень часто причиной того, что принятые планы оказались нереализованными, является слишком жесткая структура. Таким образом, какие бы методы современной математики ни использовались в планировании работы флота, устойчивость и управляемость, т. е. надежность системы, не будет обеспечена до тех пор, пока не будет разработана соответствующая гибкая структура, способная к адаптации в соответствии с изменяющимися условиями внешней среды.

Организация также выступает как атрибут системы. Без нее существование системы невозможно. Понятие организации двойственно: с одной стороны, это упорядоченность (статика) как внешнее выражение происходящих в системе процессов, приводящих к равновесному состоянию сил системы, с другой — это динамика, т. е. организованное движение системы в заданном направлении.

Состав системы управления

Системы управления образуют объекты управления (Морской транспорт, основные сферы примененияморской транспорт, флот, порты, предприятия технического обслуживания и материально-технического обеспечения и т. д.) и органы управления (аппарат Министерства транспорта, Управление Службы мореплавания, Управление пароходства, порта и т. д.). Именно в рамках системы управления становится возможной рациональная организация человеческой деятельности, направленной на создание материальных благ для общества. Это связано с тем, что управление реализуется как процесс повышения уровня организованности предприятия для достижения конечной цели наилучшим из возможных способов. Содержание данного процесса составляет движение (циркуляция) информации, которое понимается здесь как сбор, накопление и формирование информации, ее передача по каналам связи с последующим хранением и преобразованием (рис. 1).

Метасистемой в данном случае выступают внешние условия работы флота (имеющиеся грузопотоки, предложения грузовладельцев, указания министерства, требования Регистра и т. п.).

Система — сочетание органа управления и управляемого объекта (флот). На вход органа управления подаются первичная информация {Z} от метасистемы и данные о состоянии управляемого объекта {X}, а на выходе действует командная информация (управляющее воздействие) Y = A {X, Δ}, которая передается на вход управляемого объекта. Оператор А устанавливает соответствие между входной информацией и выходной командой.

Понятие управления

Управление — процесс целенаправленного воздействия с целью перевода системы (объекта управления) из данного состояния в заданное новое состояние. Этот перевод может осуществляться с большими или меньшими затратами усилий (определенных ресурсов) в разное время с различным экономическим эффектом. Таким образом, перевод системы может быть реализован по различным экономическим критериям (показателям качества управления). Так, например, если флот пароходства рассматривать как систему, то ее состояния могут быть охарактеризованы количественными значениями параметров управления. При этом параметрами управления выступают только те факторы, на которые можно свободно воздействовать, планируя работу данной системы, например, количество суток работы того или иного судна на определенной линии, число рейсов, Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судовобъемы грузоперевозок по разным направлениям перевозок и т. п.

В отличие от параметров управления, ресурсы пароходства являются такими элементами системы, воздействие на которые затруднено или невозможно.

Оптимальное управление

Перевод системы в требуемое состояние обеспечивается при помощи управляющих воздействий, под влиянием которых система принимает нужное состояние. Этот целенаправленный перевод системы может быть реализован при помощи разных вариантов, т. е. с различным экономическим эффектом, исходя из различных экономических критериев (показателей качества управления). Среди многих вариантов управления, как правило, существует такой, который обеспечивает получение экстремального значения определенного показателя, характеризующего эффективность управления при заданных ограничениях. Отыскание этих вариантов называют оптимальным управлением. Принцип оптимального управления формулируется как достижение максимального результата при фиксированных (заданных) затратах либо достижение минимальных затрат при заданном результате.

Цель оптимального управления состоит в том, чтобы среди всех допустимых вариантов перевода системы в новое состояние отыскать и реализовать тот, при котором достигается наивыгоднейшее значение показателя качества управления.

Задачей оптимального управления флотом пароходства может быть такой перевод системы из исходного в новое состояние, при котором будет выполнен заданный объем перевозок с наименьшими эксплуатационными расходами. В этом случае математическая форма критерия перевода принимает вид

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{R}_{ij} x_{ij}\to min (i=1,2,....,n; j=1,2,....,m),$

где:

• R_ij — эксплуатационные расходы;
• x_ij — параметр управления;
• i — тип судна;
• j — направление.

Параметром управления в этой задаче будет количество суток работы судов i-го типа на j-м направлении перевозок.