§2.2. Организационная структура объекта управления и аис

Организация функционирования любой системы складывает­ся из структуры, ориентации и распределения функций между ее элементами. Организационная структура присуща любому объ­екту управления, она характеризует также и создаваемую авто­матизированную систему. В нашей стране установилась опреде­ленная организационная структура управления народным хозяй­ством. Органы управления строятся на производственно-террито­риальной основе. На рис. 2.4 представлена обобщенная схема организации управления хозяйством страны [б]. Высшим органом является Совет Министров СССР (СМ СССР), которому подчиняются общесоюзные отраслевые министерства (ООМ), союзные межотраслевые комитеты и ведомства (ОМК), Советы Министров союзных республик и автономных республик 1). Следующий уровень управления относится к всесоюзным производственным объединениям (ВПО), территориальным межотраслевым органам (ТМО), республиканским министерствам (РМ), союзно-республиканским министерствам (СРМ). Далее по подчиненности следуют местные межотраслевые органы (ММО) и на нижнем уровне располагаются производственные объединения (ПО), предприятия (П) республиканского, местного подчинения и т. д. Эта схема органов управления хозяйством может служить основой для построения организационной схемы управления общегосударственной автоматизированной системы также выделить организационные структуры отрасли, объединения, предприятий и, в соответствии с этими структурами, найти оптимальные схемы управления и условия автоматиза­ции.

Чтобы построить отраслевую автоматизированную систему управления, необходимо знать организацию и соподчиненность определенных отраслей народного хозяйства. Отрасль народно­го хозяйства в настоящее время подчиняется министерству, однако, производство продукции данной отрасли может быть рас­пределено по нескольким министерствам. Министерство как основное звено принимает решение о развитии отрасли, о функ­ционировании всех ее объектов. При разработке организацион­ной структуры в качестве элементов могут выступать люди, участки, цехи, предприятия, конструкторские бюро, отделы ми­нистерства и т. д. На рис. 2.5 представлена структура управле­ния отраслью промышленности с раскрытием отдельных опера­торов—ее элементов [7]. На верхнем уровне находится министр (М), который выдает управляющее решение директору объеди­нения (Д). Тот, в свою очередь, дает распоряжение начальнику производственно-диспетчерского отдела (НПДО). На следую­щем уровне управления располагаются начальники цехов (НЦ) с соответствующими подразделениями предприятия (Ц). Таким образом, любая организация управления в отрасли и производ­стве характеризуется некоторой структурой, которая является наиболее гибким и чувствительным элементом; изменение ее сильно влияет на качество организации системы.

Структура управления непрерывно совершенствовалась, по­этому в различных отраслях промышленности использовались разные варианты организации управления. Например, в боль­шинстве машиностроительных отраслей был осуществлен пере­ход на двух-

и трехзвенную структуры управления. При трехзвенной структуре, на верхнем уровне в качестве управляемого объекта на нижнем уровне выступает предприятие. При двухзвенном управлении на верхнем уровне — министерство, на нижнем уровне—предприятие. На рис. 2.6 представлена обобщенная структурная схема уп­равления предприятием. На верхнем уровне управления выступает директор (Д) завода, которому подчинены главный инженер (ГИ) начальник производства (НП), заместители по экономике (ЗЭ), кадрам (ЗК) и по общим вопросам (ЗОВ). На следующем уровне управления находятся отделы (О), которые являются типовыми для всех предприятий. Далее по подчиненности следуют цехи (Ц), а за ними—участки (У). Таким образом, в основе организации управления лежит некоторая структура, под которой понимается устойчивый порядок внутренних пространственно-временных связей между элементами, определяющих функциональное назначение системы и особенности ее взаимодействия с внешней средой. Представленные выше структуры управления отражают в основном линии административного подчине­ния. В современных организациях и технологических системах реализуются разные типы структур управления.

3адача оптимизации структуры с целью получения наибольшего экономического эффекта от функционирования народного хозяйства, отрасли, предприятия, технологического процесса в настоящее время является наиболее актуальной, а поэтому возникает проблема формализации структуры и использования известного математического аппарата для нахождения оптимальных типов структур. Обычно структуры изображают направленным или ненаправленным графом. В вершинах графа помещают отдельные подразделения предприятия либо операторов, т. е. лиц, принимающих решения. Ребра графа оценивают расстояния между вер шинами по управлению, передаваемой информации и т. д. Ряд типовых видов структур представлен на рис. 2.7. Линейная структура (рис. 2.7,а) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. Здесь отсутствует взаимоотношение командования и подчиненности; структура от­личается ненадежностью, при разрыве какой-то связи линейная структура разрушается. Кольцевая структура (рис. 2.7, б) от­личается замкнутостью и одинаковостью связей, любые две по­зиции обладают двумя направлениями отношений. Это повыша­ет скорость общения, делает структуру более живучей. Пробле­ма повышения надежности передачи управляющих воздействий привела к появлению сотовой структуры (рис. 2.7, в), которая отличается разветвленными и

сложными связями. Здесь имеется резервирование путей прохождения информации, что способ­ствует высокой живучести структуры, однако это приводит к повышению ее стоимости. Многосвязная структура (рис. 2.7, г) отличается тем, что все элементы связаны между собой. Связи равноценны, допускаются связи по кратчайшему пути, в соот­ветствии с чем увеличивается скорость прохождения информа­ции и резко возрастает надежность. В частном случае эта струк­тура преобразуется в колесо (рис. 2.7, о). Иерархическая струк­тура (рис. 2.7), имеет наиболее распространенный характер. Здесь — уровни разной степени иерархии, верхний уровень уп­равляет нижними, промежуточные уровни обладают и команд­ными, и подчиненными функциями. Чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей он располагает. Такая структура на каждом уровне характеризуется коэффициентом иерархии. Звездная структура (рис. 2.7, ж) имеет центральный узел, кото­рый является командным; все связи замыкаются на него и носят управляющий характер. Периферийные вершины звездной струк­туры являются подчиненными. Если использовать сочленения различных структур либо замену одной из вершин выбранной

структуры целой структурой другого типа, то получается смешанная структура.

Свойства структуры можно охарактеризовать рядом показателей: оперативностью, централизацией, периферийностью, живучестью, объемом.

Оперативность структуры, как способность быстро реагировать на изменения внешних условий, зависит от расположения элементов структуры, от общей схемы, уединения. Оперативность оценивается временем реакции на внешнее воздействие, либо скоростью ее нарастания.

Централизация определяет возможности выполнения одной из позиций руководящих функций. Численно централизация оценивается средним числом интервалов связи по кратчайшему до центральной позиции пути. С увеличением централизации струк­тура становится более управляемой, однако, элементы структуры теряют самостоятельность. Наиболее централизованной является звездная структура, следующая по централизации — иерархическая.

Периферийность характеризует пространственные свойства структуры. Численно показатель периферийности может выражаться положением центра тяжести структуры. Элементам и связям приписываются определенные веса. Чем больше элементов сосредоточено на периферии, тем выше показатель периферийность. Высокий показатель периферийности имеет звездная структура.

Живучесть—это способность сохранять значения показателей при повреждении части структуры. Показателем Живучести может быть относительное число элементов или связей, при уничтожении которых остальные показатели не выходят за допустимые пределы. Наибольшей живучестью обладает мно­госвязная структура, наименьшей — линейная.

Объем является количественной характеристикой структуры. В качестве парамет­ров объема могут быть выбраны количество элементов, средняя плотность. Объем влияет на тело связей и на степень интеграции функции элементов. Существует оптимальное значение объема в зависимости от целевого назначения структуры.

Структура организационо-экономических систем отличается иерархическим характером. Иерархическая структура присуща как объекту управления, так и системе управления. На рис. 2.8 представлена иерархическая структура системы, в которой могут быть выделены уровни управления: нулевой, первый, второй. Элементы структуры обозначены как S₀, S₁, S₂ и т. д. Связи в иерархической структуре могут быть как по вертикали, если структура имеет моноиерархический характер, так и по горизонтали, если переходим к полииерархической структуре. В моноиерархических структурах передача управляющих воздействий и ответных реакций идет от системы более высокого ранга к ни­жестоящей системе и обратно. В полииерархических структурах возможна связь между подсистемами одного ранга. Таким обра­зом, наличие вертикальных и горизонтальных связей повышает живучесть структуры. Отношение числа исходящих связей к чис­лу входящих в данный уровень структуры называется коэффициентом иерархии, который может иметь оптимальное значение. Наиболее рациональной следует считать структуру, в которой на каждом организационном уровне решаются задачи соответствую­щей компетентности и на верхнюю ступень передается только необходимая интегрированная минимальная по избыточности информация. В иерархической структуре, так же как и в любой другой, управление осуществляется на основе непрерывного об­мена информацией. Однако период обмена на каждом уровне неодинаков. По мере перемещения к объекту управления период уменьшается, и для организационной структуры имеются следую­щие интервалы управления. Если на верхнем уровне — на уров­не директора объединения — интервал составляет месяц, на уров­не начальника производственно-диспетчерского отдела — неделю, то на уровне начальника цеха интервал обмена управляющими воздействиями — смена, сутки. Начальник цеха выдает управля­ющие воздействия с интервалом в несколько часов. Еще меньше интервалы управления на технологическом уровне, когда проис­ходит управление технологическим процессом, отдельными ма­шинами и агрегатами. Таким образом, организационная струк­тура объекта управления накладывает серьезные ограничения на создаваемую автоматизированную систему с точки зрения соподчиненности отдельных ее элементов, выполняемых функ­ций, а также интервалов управления. Иерархичность структу­ры управляемого объекта в организационно-экономической си­стеме приводит к иерархичности структуры создаваемой АИС.

АИС может быть разработана лишь при глубоком изучении организационной структуры объекта, которое обычно проводит­ся на основе анализа информации. Информация может присут­ствовать в формализованном и неформализованном виде. Формализованно она представлена в виде документов. Изучение форм документов и их показателей позволяет оценить взаимо­действие отдельных подразделений предприятия и отобразить это через существующий документооборот.

Для отображения информационных потоков, существующих в организационной структуре системы, можно воспользоваться информационно-логическими схемами, являющимися основой составления информационно-логической модели существующего организационного управления на предприятии. Порядок создания информационно-логической модели может быть следующий:

для каждой функциональной подсистемы выявляются основные функциональные элементы, определяются типовые операции обработки информации, принимаются условные обозначения по операциям и операторам, строится информационно-логическая схема взаимодействия отдельных функциональных частей и приводится таблица, отображающая назначение операции» входную выходную информацию. В качестве типовых операций прини­маются операции принятия решения P_ij, представления инфор­мации П_ij потребителю, объединения информации О_ij. Для каж­дой операции проставляется порядковый номер операции j и номер элемента структуры i информационно-логической моде­ли. Информационная схема организационной структуры пред­ставляется как совокупность операторов, располагаемых в виде узлов и связей между ними. В качестве операторов выступают лица, выполняющие типовые операции по обработке информации. В число операторов могут входить директор, главный ин­женер, начальник цеха, смены, диспетчер и т. д. На рис, 2.9

представлен фрагмент информационной схемы организационной структуры АИС. Структурно выделены операторы, внутри которых указаны операции в соответствии с принятыми типовыми обозначениями. Для полноты схемы на связях могут указывать­ся значность и периодичность передаваемой информации. Таким образом, информационно-логическая модель, включающая в се­бя информационную схему организационного управления и таб­лицу содержания выполняемых операций, позволяет описать организационную структуру с точки зрения используемых опера­торов, выполняемых ими функций и оценить характеристики об­мена информации в системе. Из информационно-логической модели могут быть найдены задержки в передаче информации, выявлены операции, которые являются избыточными и образуют Замкнутые информационные потоки. Это может способствовать совершенствованию организационной структуры управления.

При внедрении автоматизированного управления необходимо разработать информационно-логическую модель предприятия после внедрения АИС. В этом серьезную помощь могут оказать математические методы, позволяющие оптимизировать организа­ционную структуру. В качестве основного математического аппа­рата оптимизации может быть использована теория графов. Вершины графа могут отображать подразделения предприятия, операторов. Связи между вершинами позволяют отобразить материальные, информационные потоки, любые отношения меж­ду операторам и подразделениями. В результате оптимизации структура управления может быть упрощена, могут быть изъяты лишние звенья в управлении, перераспределены функции управления между подразделениями. Таким образом, создаваемой автоматизированной системе управления присуща своя организационная структура, которая проявляется в организационной структуре отдельных функциональных подсистем, в организаци­онной структуре технического, программного и других обеспечении АИС.

Идея оптимизации организационной структуры основана на агрегировании в отдельных подсистемах наиболее близких задач, что уменьшает количество связей между подсистемами и усили­вает ее прочность. В терминах теории графов задача синтеза организационной структуры АИС означает разбиение графа на подграфы при минимизации некоторой целевой функции; напри­мер, функции взаимосвязей между отдельными подграфами. Таким образом, организационная структура автоматизированной системы управления в части функциональных подсистем определяется спектром решаемых задач, организационной структурой объекта управления и результатами системного анализа при проектировании АИС. Организационная структура комплекса технических средств неразрывно связана с требованиями функ­циональных подсистем, однако во многом может зависеть от уровня и структуры технических средств, выпускаемых про­мышленностью.

Для иерархических систем управления целесообразно ис­пользование ЭВМ серии ЕС, управляющих вычислительных ма­шин и мини-ЭВМ. Для распределенных структур тина линейных и сотовых широкое применение будут иметь микропроцессор­ные персональные ЭВМ, и в этом смысле технические средства должны подбираться под организационную структуру создава­емой АИС.