Раздел "Медико-биологическая кибернетика" :
"Управление" в БМЭ

Управление - целенаправленное воздействие на систему, обеспечивающее получение определенных результатов, поддержание нужных режимов функционирования, а также сохранение и развитие структуры системы; в более широком смысле управление - это общая функция сложных организованных систем, направленная на достижение должного состояния в самой системе или в окружающей ее среде.

У. необходимо для нормального функционирования и развития систем любой природы - социальных, биологических, экономических, технических. Свойства объектов как составных частей системы У., свойства самих систем У. и методы У. вне зависимости от природы объектов рассматриваются теорией управления (см. Кибернетика).

Получение необходимых результатов и достижение целей при У. подразумевает воздействие на объекты, являющиеся элементами системы или находящиеся вне ее (см. Система, Система управления). В процессе У. в соответствии с его целями и задачами, вырабатываемыми в системе или задаваемыми извне, эти объекты переходят из одного состояния в другое.

При анализе систем и процессов У. в нек-рых областях науки (в частности, в экологии, физиологии и др.) наряду с термином “управление” используется термин регулирование (см.). Однако цели управляющих систем в организме значительно шире и глубже, чем простое регулирование.

В организме У. построено по иерархическому принципу (см. Иерархическая система), так что при необходимости цели нижних уровней могут изменяться для того, чтобы организм мог выжить. Напр., известны случаи, когда при выраженном сужении аорты АД в верхней части тела больного поддерживается на ненормально высоком уровне, что обеспечивает удовлетворительное кровоснабжение нижней части тела. Роль системы терморегуляции в организме также не сводится только к поддержанию постоянства температуры в какой-то части тела, а заключается в обеспечении необходимого для жизнедеятельности теплового режима в целостном организме в меняющихся условиях, напр, при повышенной физической нагрузке, лихорадочном состоянии, в режиме сна и бодрствования, включая и поддержание температурных ритмов (см. Терморегуляция). Поэтому, хотя термины “управление” и “регулирование” часто употребляют как синонимы, в применении к организму говорят об управлении.

Процессы У. в системах любой природы протекают по одним и тем же закономерностям, что позволяет создавать и эффективно использовать системы У., состоящие из принципиально разнородных элементов. В биотехнических системах, напр., взаимодействуют технические элементы с биологическими (обычно это человек или отдельные системы его организма). Часто в биотехнических системах человек должен осуществлять У. технической системой, в связи с чем возникает задача сопряжения деятельности человека-оператора с машиной для получения наилучших характеристик функционирования машины (см. Система “человек-машина”). Созданы другие типы биотехнических систем, в к-рых взаимодействие технических средств с человеком осуществляется в интересах организма, а не машины. Это системы искусственного жизнеобеспечения (см.), искусственные органы (см.) и др. Задачи У. такими инженерно-физиологическими комплексами имеют большое значение в клин. практике в связи с прогрессом используемых технических средств У.

Для количественного описания систем и процессов У. вводят понятие “переменных”- величин, характеризующих систему и происходящие в ней процессы. К таким величинам, как правило, относятся те сигналы или величины, к-рые можно измерять количественно и к-рые могут изменяться в процессе функционирования системы. Различают входные и выходные переменные. Входные переменные характеризуют воздействия со стороны среды, в к-рой система У. функционирует, и задания, к-рые система должна выполнить. Система в процессе У. не может изменить значений этих переменных. Выходные переменные - это характеристики самой системы, к-рые могут меняться под воздействием У., принимая необходимые (напр., заданные извне) значения.

С точки зрения участия в процессе У. переменные делятся на управляющие и управляемые. Значения управляющих переменных выбираются в системе У. на основе информации о среде, требованиях к системе и о желаемых значениях управляемых (выходных) переменных. Управляющие переменные действуют на управляемую (регулируемую) часть системы, изменяя значения управляемых переменных в нужном направлении.

Для описания процессов У. используется также понятие “параметры системы”, т. е. величины, описывающие систему, но не зависящие от характера протекания в ней процессов; эти параметры, как правило, не меняются в ходе процесса У. Если же параметры управляемой системы изменяются во времени (но независимо от У.), то она называется системой с переменными параметрами. Как правило, У. осуществляется в системах, переменные к-рых под действием внешних или внутренних сигналов меняются во времени.

В зависимости от поведения переменных величин в процессе У. различают два режима функционирования системы: установившийся и переходный. Если переменные величины перестают изменяться во времени, то система находится в установившемся (стационарном) режиме. Переходный процесс возникает, когда под влиянием управляющих или возмущающих переменных система переходит от одного установившегося режима к другому.

Поскольку переходный процесс зависит от структуры управляемой системы (т. е. от характера связей между ее элементами) и от значений ее параметров, при решении задач У. целесообразно выбирать такие структуры, значения параметров и такое У., чтобы переходный процесс протекал наилучшим образом. В этом случае У. называется оптимальным, а система У., в к-рой реализуются оптимальные процессы У., - оптимальной.

При постановке задачи оптимального У. учитывают следующие формальные требования: необходимость исчерпывающего описания объекта управления (напр., его математическое описание); наличие полной информации о среде, в к-рой система функционирует (в виде описания всех действующих на объект возмущений или их статистических характеристик); определение цели У.; определение критериев качества системы; определение ограничений, к-рые нельзя нарушать в процессе управления.

В технических системах, где эти требования во многих случаях легко выполнимы, постановка задачи об оптимальном У. оправдана, и такие системы У. могут создаваться на практике. В сложных системах (напр., экономических, социальных или биологических) задачи оптимизации или разработки оптимальных систем У. сопровождаются большими трудностями.

Удовлетворительное или хорошее качество процессов У. не всегда означает, что управляемая система оптимальна. Поэтому высокого качества У. часто добиваются применением метода проб и ошибок или достигают в процессе обучения.

Как правило, процесс У. строится на базе алгоритмизации. Алгоритмизация У. основана на использовании специальных алгоритмов выбора управляющих воздействий в зависимости от параметров системы, ее текущего состояния и цели управления (см. Алгоритм). При этом само У. осуществляется человеком (оператором) или без участия человека (автоматически).

Исходной информацией для алгоритмизации служат теоретические представления об объекте и экспериментальные данные об его функционировании. Поскольку большинство современных систем У. во всех отраслях науки и техники характеризуется большими объемами теоретических и экспериментальных данных, У., как правило, осуществляется с использованием средств вычислительной техники (см. Электронная вычислительная машина). При описании сложных объектов применяют разнообразные математические методы, (см.).

Обычно в процессе У. для выбора управляющих воздействий используют относительно простые описания объектов - их упрощенные модели (см. Моделирование). Такие модели способны имитировать каждый индивидуальный объект какого-либо класса за счет специального выбора (настройки) их параметров. Напр., при описании больного сахарным диабетом (класс объектов - больные диабетом) одна и та же модель при разных значениях параметров учитывает конкретные особенности каждого больного (объект из этого класса).

Процесс настройки параметров модели с целью наилучшего соответствия каждому конкретному объекту из заданного класса называется идентификацией (см.). Разработаны специальные процедуры поиска значений параметров, при к-рых модель настраивается на данный объект с учетом экспериментальных данных. Часто при решении задач У. в области медико-биол. исследований идентифицируют математические модели, содержащие не более 4-6 параметров. Это объясняется тем, что возможности получения информации о больном организме все еще ограничены. Примерно такое же число параметров содержат используемые модели сердечно-сосудистой системы. В задачах управления искусственной поджелудочной железой (дозатором инсулина без обратной связи) для идентификации параметров больного сахарным диабетом также применяют математические модели с 5-6 параметрами. Наличие идентифицированных моделей, отвечающих каждому конкретному больному, позволяет дать количественную оценку У., оптимального для данного больного, и прогнозировать состояние больного.

Особую область У. составляет У. предприятиями, учреждениями, ведомствами и целыми отраслями производства. Большое распространение получили автоматизированные системы управления (см.). Главная область их применения - организационное управление, т. е. управление деятельностью коллективов учреждений и предприятий, располагающих определенными материальными ресурсами (машинами, источниками энергии, материалами). Задачи организационного У. подразделяются на перспективное управление (т. е. планирование или формирование целей и программ функционирования) и оперативное управление (т. е. детализация и реализация управляющих воздействий в конкретных условиях).

Организационное У. обеспечивает нормальное развитие и функционирование социальных, экономических и производственных организаций и структур путем определения заданий непосредственным исполнителям и контроля за их исполнением, а также посредством системы финансовых, кадровых и дисциплинарных мероприятий.

Организационное У. используется, в частности, в системе организации здравоохранения (см. Управление здравоохранением). Оно является иерархическим, т. е. система У. имеет многоуровневую структуру в функционально-организационном или каком-либо другом плане. Высшим уровнем организационного У. является система социального У., реализующая воздействие на общество в целом с целью его упорядочения и развития.

См. также
Афанасьев В. Г. Научное управление обществом, М., 1973;
Ахутин В. М. и др. Биотехнические системы, Теория и проектирование, Л., 1981;
Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине, пер. с англ., М., 1968;
Новосельцев В. Н. Теория управления и биосистемы, Анализ сохранительных свойств, М., 1978;
Трапезников В. А. Проблемы управления в медицине, в кн.: Фундаментальные науки - медицине, под ред. Ю. А. Овчинникова и др., с. 100, М., 1981.

В. Н. Новосельцев.[[an error occurred while processing this directive], т.26, стр.68]