Распределенное управление

ПОДЕЛИТЬСЯ С ДРУЗЬЯМИ
Авторы


профессор, доктор технических наук, заместитель руководителя центра перспективных фундаментальных и прикладных исследований
Россия, Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (НИИАС)
cvj7@mail.ru

Аннотация

Статья описывает распределенное управление на основе применения сетевых систем. Раскрыто содержание принципов управления, которые послужили основой формирования распределенного управления. Описана связь иерархического и матричного управления с сетецентрическим управлением. Вводится понятие структурного информационного соответствия. Вводится понятие семантического информационного соответствия. Вводится и раскрывается понятие гармонизирующего информационного потока и раскрываются функции распределенных центров управления в данной схеме управления.

Ключевые слова

распределенное управление, распределенные системы, гармонирующий информационный поток, информационное соответствие, субсидиарное управление, сетецентрическое управление.

Print Friendly, PDF & Email

Категории статьи:

Читайте также

Статья также доступна (this article also available):

Рекомендуемая ссылка

Цветков Виктор Яковлевич
Распределенное управление// Современные технологии управления. ISSN 2226-9339. — №4 (76). Номер статьи: 7602. Дата публикации: . Режим доступа: https://sovman.ru/article/7602/

Введение

Управление как особый вид деятельности выступает в виде предмета исследований разных научных направлений и на теорию и технологию управления оказывают влияние научные достижения разных наук. «Центральным элементом современной концептуализации управленческой эффективности выступают концепции распределенного познания, распределенного организационного знания и т.д.» [1]. Распределенные методы управления смещают представление об управлении из области иерархически центрического информационного взаимодействия и управления [2] в область много центрического управления и командной деятельности [3]. Длительное время иерархическое или центрическое  управление было основной технологией управления. При этом первоначально главной технологией управления была схема управления с единим главным центром управления. Затем появились схемы управления с дополнительными  центрами управления. Такое управление является распределенным. Общим для разных видов управления было понятие информационной управленческой ситуации [4] и технологии управления. Рост сложности информационных управленческих ситуаций и развитие сетевых и информационных технологий привели к и возможности создания нового типа управления. В технологиях управления появилась техническая и методическая возможность сетевой организации управления. Одним из новых подходов, позволяющим осуществлять распределенное управление является применение сетевых систем и методов управления. Технологией  управления, которая позволила  повысить эффективность таких схем является технология субсидиарного и сетецентрического управления. Эти технологии близки, но между ними есть и различие. Обе технологии позволяют реализовать распределенное управление.

 

Особенности распределенного управления и распределенных систем

Следует отметить довольно большое количество работ в области распределенных систем, меньше в области распределенных технологий и совсем мало в области распределенного управления. Различают распределенные информационные системы [5], распределенные информационно аналитические  системы [6], распределенные интеллектуальные  системы [7], распределенные  системы поддержки принятия решений [8], распределенные базы данных (распределенные информационные системы хранения информации) [9],  асинхронные распределенные системы [10].

Как показывает анализ, распределенные информационные системы на самом деле в большинстве случаем являются сетевыми коммуникационными системами, основная функция которых не управление,  а сетевой обмен.

Основная особенность распределенных технологий и систем – гетерогенность [5]. Гетерогенность требует обеспечение унифицированного  доступа к семантически разнородным данным, хранящимся в различных технологически разнородных базах данных и информационных серверах. Унификация требует интеграции информационных ресурсов. Интеграция информационных ресурсов должна обеспечиваться не только на техническом уровне, но и на уровне их семантики. Другими словами должно обеспечиваться полное информационное соответствие [11] в системе. Информационное соответствие имеет различные виды. Важным для распределенного управления является структурное и семантическое информационное соответствие.

Информационное соответствие в распределенных системах и технологиях  должно обеспечиваться не только на техническом уровне, но и на уровне их семантики. Информационное соответствие дает возможность сделать распределенные данные доступными для распределенной обработки и обеспечить возможность их корректной  интерпретации. При этом существуют две проблемы, связанные с гетерогенностью систем и технологий — это структурная неоднородность и семантическая неоднородность [12].

Структурная неоднородность имеет место, когда разные узлы информационной системы используют различные структурные  информационные единицы для хранения или организации данных.  В этом случае констатируют  структурное несоответствие как частный вид информационного несоответствия.

Семантическая  неоднородность означает информационное несоответствие или нарушение информационного соответствия на уровне смыслового значения семантической информационной единицы [13]. В этом случае констатируют  семантическое  несоответствие как частный вид информационного несоответствия или нарушения семантического информационного соответствия.

 

Принципы распределенного управления

Распределенное управление основано на применении гетерогенных систем. Распределенное управление включает структурные, технологические и модельные компоненты (рис.1). Структура развивается от иерархической (наиболее простой) к сетевой  — наиболее сложной.

 

Компоненты распределенного управления

Рис.1. Компоненты  распределенного управления.

 

Современно распределенное управление включает цифровые, информационные и когнитивные технологии. В соответствии с технологиями используют модели управления. Субсидиарное распределенное управление [14, 15] является наиболее развитым видом распределенного управления.

 

Распределенное иерархическое управление

Распределенное иерархическое управление отличается от иерархического включением дополнительных центров управления. Эта схема приведена на рис.2.

 

Схема формирования распределенного управления

Рис.2. Схема формирования  распределенного управления.

 

Ядром системы является главный центр управления (ГЦУ). Между объектами управления (ОУ) и главным центром управления находятся распределенные центры управления (РЦУ), которые снижают информационную нагрузку на главный центр управления и повышают оперативность управления и действий. Например, директору завода нет необходимости знать, как токарь вытачивает деталь. За работником операционного уровня следит мастер и начальник цеха.

 

Одноконтурное субсидиарное управление

Такое управление является модификацией иерархического при котором контур управления замыкается в  кольцо. Субсидиарность заключается в делегировании части функций управления из главного центра на периферию в РЦУ. То есть схема на рис.2 является иерархической распределенной схемой с элементами субсидиарности [15]. Развитие сетевых технологий позволило модифицировать такое распределенное управление и перейти к сетецентрическому субсидиарному управлению. Оно показано на рис.3

 

Схема одноконтурного сетецентрического распределенного управления

Рис.3. Схема одноконтурного сетецентрического  распределенного управления.

 

Схема на рис.3 является повторением схемы рис.2 с введение контура  управления по распределенным центрам управления.

В иерархической схеме управления  [16] существуют нисходящие потоки и восходящие потоки. Свойством иерархического управления является рост масштаба элементов иерархической системы с ростом числа уровней. Это ведет к общему росту интенсивности информационных потоков. Поэтому при большом числе уровней, значительно возрастает общее время на прохождение директивных (нисходящих) и отчетных (восходящих) потоков.

 

Матричная схема управления

Рост времени на прохождение нисходящих и восходящих потоков, затрудняет применения иерархического управления в сложных ситуациях. Этот недостаток устраняет матричная система управления [16]. На рис.4 дана  матричная схема управления.

 

Структура матричного управления

Рис.4. Структура матричного управления

 

Матричное управлении содержит уровни иерархии и поэтому является не чистой матрицей, а модификацией иерархического управления. Матрица управления имеет размерность m x n , где n  –  число уровней , m — максимальное число элементом на нижнем уровне. Новым  в матричном управлении в сравнении с иерархическим управлением является введение регулирующих горизонтальных потоков G, связывающих элементы одного уровня матрицы Регулирующие потоки снижают информационную нагрузку на высшие органы управления.

 

Сетецентрическое управление

Основой распределенного управления является сетецентрическое управление, приведенное на рис.5. Рис.5  можно рассматривать как модификацию матричного управления в котором уровни матрицы замкнуты в концентрические окружности.

 

Структура субсидиарного распределенного управления

Рис.5. Структура субсидиарного распределенного управления.

 

Уровней управления может быть много от 1 до n. По концентрическим уровням функционируют гармонизирующие  или регулирующие потоки от ГП1 до ГПn. Система управления на рис.5 является гетерогенной. Гетерогенность проявляется в различие полномочий, в различии содержания управления и технических различиях. Кроме того объекты управления также могут различаться. Все это накладывает дополнительные требования к согласованию управленческих и отчетных потоков. Все уровни от 1 до n-1 являются управляющими. Уровень n является операционным.

Существенное отличие данной схемы от иерархической и матричной схемы проявляется в наличие на нижнем операционном уровне управления дополнительных связей между объектами управления. Элементы нижнего уровня также связаны, как и элементы верхних уровней. Это позволяет осуществлять передачу ресурсов на случае такой необходимости от объекта, у которого имеются избыточные ресурсы к объекту, у которого не хватает ресурсов. Таким образом, гетерогенность операционного уровня проявляется в распределенном управлении ресурсами. Гетерогенность верхних уровней управления проявляется в применении гармонизирующих информационных потоков, которые в разной степени воздействуют на нисходящие или восходящие информационные потоки.   Этим существенно разгружается информационная логистика [17] и существенно повышается оперативность управления.

Такие простые, на первый взгляд, схемы управления существенно усложняют функционирование таких систем [18]. Адаптивное распределенное управление требует выполнения условия структурного изменения и возможности структурной перестройки [19]. Этим распределенное управление существенно отличается от эксплуатации сетевых систем, в которых структура сети неизменна и изменяются только потоки,  их направление и их интенсивность. Распределенное управление по этой причине требует использования в качестве вспомогательной технологии относительно новую технологию – структурный менеджмент [20].

Распределенное управление существенно увеличивает число объектов  управления  в сравнении с матричной схемой и тем более в сравнении с иерархической схемой. Это обусловлено сокращением времени принятия решений [15]  и введением адаптивной декомпозиции управленческих задач вместо фиксированной декомпозиции. Фиксированная декомпозиция характеризуется заданием структуры управления (рис.2) и заданием числа и структуры задач. Однако с течением времени при росте сложности задач такие структуры могут оказаться не эффективными.

Например, если одна большая задача разделена на множество независимых подзадач, то может оказаться, что их количество  больше, чем число доступных управляющих узлов и это снижает эффективность управления. Противоположная информационная ситуация возникает при декомпозиции задачи на подзадачи которых меньше, чем число управляющих узлов. В этом случае эффективность распределенной системы также падает. Из этого вытекает необходимость согласования разбиения задач и физических узлов в аспекте информационного соответствия [11] по структуре и по интенсивности информационных потоков [18, 19].

В тоже время распределенное управление существенно  увеличивает количество объектов управления и на порядки снижает требования к количеству ресурсов. Идеологически распределенные системы управления тесно связаны с сетевыми. Однако сетевые ориентированы на коммуникацию а распределенные системы управления на упраление.

В аспекте взаимодействия с пользователем близкими к распределенным системам управления являются распределенные базы данных (РБД) [9]. Они имеют сходство в аспекте структуры  и информационного взаимодействия. Физически РБД  [21] представляет собой набор узлов, связанных между собою коммуникационной сетью, в которой каждый узел обладает своими собственными независимыми от других узлов ресурсами и своими локальными пользователями. Любой из узлов способен независимо обрабатывать запросы, однако для такой системы характерна однородность или тенденция к однородности.

Технологически РБД можно  рассматривать как способ совместной работы отдельных локальных узлов (БД), расположенных в сети. Акцент информационного взаимодействия в такой распределенной системе направлен из периферии в центр. Узлы в такой информационной системе стараются сделать однородными по программному обеспечению и по форматам данных.

Распределенная система управления может быть рассмотрена также как способ совместной работы отдельных локальных узлов, расположенных в сети. Акцент информационного взаимодействия в такой распределенной системе направлен из центра на  периферию. Узлы в такой системе стараются сделать не однородными по правам принятия решений, по задачам и по функциям обработки информации.

 

Заключение

Распределенное управление основано на принципе субсидиарности [15], в противном случае оно становится не эффективным.  Распределенное управление требует введения нескольких новых понятий и соответственно требований к системе управления. Необходимо применять и реализовывать три вида информационного соответствия: по структуре, по интенсивности по семантике. Необходимо проектировать и использовать гармонизирующие информационные потоки. Необходимо использовать сетецентрические [22] структуры управления. Отличительными особенностями распределенного управления является  регулируемый параллелизм информационных потоков. В тоже время распределенные информационные системы в отличие от конвейеров или матричных систем параллельных вычислений [23] могут быть реализованы как асинхронные распределенные системы. Такие системы не накладывают никаких временных ограничений, и, благодаря этому, идеально подходят для работы в сети  и решения неоднородных гетерогенных задач. Для пользователя распределенные системы управления создают много удобств, но их техническая реализация намного сложнее, чем обычных систем управления.


Библиографический список

  1. Кудрявцева Е. И. Психология управленческой эффективности в условиях распределенного управления //Управленческое консультирование. – 2013. – №. 9 (57). – с.22-32.
  2. Tsvetkov V. Yа. Information interaction // European researcher. Series A. 2013. №11-1 (62). С. 2573-2577.
  3. Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Распределенные системы планирования действий коллективов роботов. – М. : Янус-К, 2002.
  4. Tsvetkov V. Ya. Information Situation and Information Position as a Management Tool // European researcher. Series A. 2012, Vol.(36), 12-1, p.2166- 2170.
  5. Э. Таненбаум, М. ван Стеен.. Распределенные системы. Принципы и парадигмы — СПб.: Питер, 2003. — 877с.
  6. Шокин Ю. И. и др. Распределенная информационно-аналитическая система для поиска, обработки и анализа пространственных данных //Вычислительные технологии. – 2007. – Т. 12. – №. S3.
  7. Швецов А. Н., Яковлев С. А. Распределенные интеллектуальные информационные системы. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.
  8. Ириков В. А., Тренев В. Н. Распределенные системы принятия решений. – М. : Наука, 1999.
  9. Цветков В.Я. Базы данных. Эксплуатация информационных систем с распределенными базами данных Учебное пособие. — М.: МИИГАиК, 2009 — 88с.
  10. Фирсов А. Н. Оптимизация на основе статистических данных асинхронной распределенной системы, устойчивой к произвольным отказам //Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ’2009): Труды международной научной конференции (Нижний Новгород, 30 марта–3 апреля 2009 г.).–Челябинск: Изд. ЮУрГУ. – 2009. – С. 765-771.
  11. Цветков В.Я. Информационное соответствие // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2016. — №1 (часть 3) – с.454-455.
  12. Смирнов А. В., Пашкин М. П., Шилов Н. Г., Девашова Т. В. Онтологии в системах искусственного интеллекта: способы построения и организации. Ч. 2 //Новости искусственного интеллекта. 2002. №2. С. 3–9.
  13. Tsvetkov V. Ya. Semantic Information Units as L.Florodi’s Ideas Development // European researcher. Series A. 2012. № 7 (25). С. 1036-1041.
  14. Цветков В.Я. Субсидиарное управление// Современные технологии управления. ISSN 2226-9339. — №1 (73). Номер статьи: 7302. Дата публикации: 2017-01-13 . Режим доступа: https://sovman.ru/article/7302/
  15. Цветков В.Я. Применение принципа субсидиарности в информационной экономике // Финансовый бизнес. -2012. — №6. – с.40-43.
  16. Ожерельева Т. А. Структурный анализ систем управления // Государственный советник. – 2015. — №1. – с40-44
  17. Цветков В.Я. Логистика информационных распределенных систем // Перспективы науки и образования. — 2016. — №4. — с.18-22.
  18. Трахтенгерц Э. А. Методы генерации, оценки и согласования решений в распределенных системах поддержки принятия решений //Автоматика и телемеханика. – 1995. – №. 4. – С. 3-52.
  19. Воронин А. А., Мишин С. П. Модель оптимального управления структурными изменениями организационной системы //Автоматика и телемеханика. – 2002. – №. 8. – С. 136-150.
  20. Mishra A., Kar S., Singh V. P. Prioritizing structural management by quantifying the effect of land use and land cover on watershed runoff and sediment yield //Water Resources Management. – 2007. – V. 21. – №. 11. – p. 1899-1913
  21. Демидов Л.Н., Кравцов А. В., Кравцов Н. В. Взгляд на создание распределенных баз данных для телекоммуникационных сетей связи // Информост. -2008. – 2(55). — с. 36-39
  22. Кудж С.А. Принципы сетецентрического управления в информационной экономике // Государственный советник. – 2013. — №4. – с30-33.
  23. Кулагин В.П. Проблемы параллельных вычислений // Перспективы науки и образования. — 2016. — №1. — с.7-11.