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诺伯特·维纳的控制论

外汇网2021-06-19 16:35:44 91
诺伯特·维纳的控制论简述

自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——有关在动物和机器中控制和通讯的科学》一书以来,控制论的思想和方法已经渗透到了差不多有的自然科学和社会科学领域。维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学,更具体他说,是研究动态系统在改变的环境条件下如何维持平衡状态或平稳状态的科学。他特意创造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论”一同最初来源希腊文“mberuhhtz”,原意为“操舵术”,就是掌舵的方法和技术的意思。在柏拉图(古希腊哲学家)的著作中,经常用它来表明管理人的艺术。

1834 年,著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的文章,他执行科学分类时,把管理国家的科学称为“控制论”,他把希腊文译成法语“Cybernetigue”。在这个意义下,“控制论”一词被编入19 世纪很多著词典中。维纳发明“控制论”这个词正是受了安培等人的启发。

在控制论中,“控制”的定义是:为了“改观”某个或某些受控对象的功能或发展,需要得到并运用信息,以该种信息为基础而选出的、加于该对象上的作用,就叫作控制。自此可见,控制的基础是信息,一切信息传递均为为了控制,而任何控制又都依赖于信息反馈来达到。信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗他说,信息反馈就是指由控制系统把信息输送出去,又把其作用结果返送回来,并对信息的再输出发生影响,起到控制的作用,以高达预定的目的。

控制论的成长过程

控制论的成长过程大差不差分为三个阶段:

20世纪50年代末期以前为第一阶段,称为经典控制论阶段;

50年代末期到70年代初期为第二阶段,称为现代控制论阶段;

70年代初期至当下为第三阶段,称为大系统理论阶段。

经典控制论首要研究单输入和单输出的线性控制系统的一般规律,它建立了系统、信息、调节、控制、反馈、平稳性等控制论的基本概念和分析方法,为现代控制理论的成长奠定了基础。它研究的着重是反馈控制,核心装置是自动调节器,首要应用于单机自动化。现代控制论的研究对象是多输入和多输出系统的非线性控制系统,其中着重研究的是最优控制、随机控制和自适应控制,首要应用于机组自动化和生物系统。而大系统理论的首要研究对象是大量原因复杂的控制系统(如宏观经济系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等),研究的着重是大系统的多级递阶控制、分解-协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论等。

控制论的三个基本部分

1.信息论。首要是有关各种通路(包含机器、生物机体)中信息的加工传递和贮存的统计理论。

2,自动控制系统的理论。首要是反馈论,包含从功能的看法对机器和物体中(神经系统、内分泌及其余系统)的调节和控制的一般规律的研究。

3.自动迅速电子计算机的理论。即与人类思维过程类似的自动组织逻过程的理论。

控制论的具体内容

在事实应用中,相关控制论的具体内容首要有:

1.最优控制理论。

这是现代控制论的核心。在现代社会发展、科学技术日益进步的情形下,各种控制系统的复杂化与大型化已越来越显著。不仅系统技术、工具和手段愈加科学化、现代化,而且各种控制系统的应用技术要求也越来越高。这就促使控制论进人多输入和多输出系统控制的现代化阶段,自此而造成了最优控制理论。这一理论是通过数学方法,科学、有效地处理大系统的设计和控制困难,强调采取动态的控制方式和方法,以满足各种多输入和多输出系统的控制要求,达到系统最优化。最优控制理论首要是在工程控制系统、社会控制系统等领域得到大量的应用和发展。

2.自适应、自学习和自组织系统理论。

自适应控制系统是一种前馈控制的系统,所谓前馈控制,是指环境条件还没有影响到控制对象以前,就执行预期而去控制的一种方式。自适应控制系统能依照外界条件的改变,自动调整其本身的结构或举动参数,以维持系统原有的功能,如自寻最优点的极值控制系统、条件反馈性的简单波动白适应系统等。伴随信息科学和现代计算技术的成长,自适应系统理论得到更深一步完善和深化,并逐渐形成一种专门的工程控制理论。自学习系统就是系统具有能够依照自己运行过程中的经验来改进控制算法的能力,它是自适应系统的一个延伸和发展。自学习系统理论也是用于工程控制的理论,它有“定式”和“非定式”两个方面,前者是依据已有的答案对机器工作状态做出分析,自此来改进机器的控制,使之持续趋近于理想的算法,后者是通过各种试探、统计决策和模式识别等工作,来对机器执行控制,使之趋近于理想的算法。自组织系统就是能依据环境改变和运行经验来更改本身结构和举动参数的系统。自组织系统理论的首要目标是通过仿真、模拟人的神经网络或感觉器官的功能,探索达到人工智能的渠道。对自组织系统理论的研究在20世纪60年代就已经形成控制论的重要领域。从控制论看法讲,系统不仅能被组织,而且又是能够自组织的。对自组织系统的新模型的探索和研究,将给组织系统的控制,人工组织系统、组织与有机体系统的控制,导致很大的影响和变革。

3.模糊理论。

这是在模糊数学的基础上形成的一种新型的数理理论。它首要是用来处理一部分不确定型的困难。模糊数学包含模糊代数、模糊群体、模糊拓扑等。我们知道,在现实社会中,存在着大批不够清晰的信息和含糊的概念,民众只能依据经验对事物执行预期、推理和分析。所以,在一个复杂系统中,往往就有一部分不确定型的困难需要处理。对此,仅用一般的数学模型和计算机是很难完成的,这就务必依据模糊数学来求得处理困难的结论。

4.大系统理论。

这是现代控制论近期发展的一个新的重要领域。它以范围庞大、结构复杂、目标多样、功能综合、原因繁多的各种工程或非工程的大系统自动化困难作为研究对象,其研究和应用涉及到工程技术、社会经济、生物生态等很多领域,如城市交通系统、社会系统、生态环境保护系统、消费分配系统、大范围信息自动检索系统等。尤其在生产管理系统方面,如在生产过程综合自动化管理控制系统、区域电网自动调节系统、综合自动化钢铁联合企业系统等方面应用性更强。大系统理论所要研究的困难,首要是大系统的最优化。

控制论系统的的首要特质

第一个特质,是要有一个预定的平稳状态或平衡状态。比如在上述的进展控制系统中,速度的给定值就是预定的平稳状态。

第二个特质,是从外部环境到系统内部有一种信息的传递。比如,在速度控制系统中,转速的改变引起的离心力的改变,就是一种从外部传递到统内部的信息。

第三个特质,是该种系统具有一种专门设计用来校正行动的装置。比如速度控制系统中通过调速器旋转杆张开的角度控制蒸汽机的进汽阀门升降装置。

第四个特质,是该种系统为了在持续改变的环境中保持本身的平稳,内部都具有一种自动调节的机制,换言之,控制系统均为一种动态系统。

控制论在管理上的应用

从控制系统的首要特质出发来考察管理系统,可以得出如此的论:管理系统是一种典型的控制系统。管理系统中的控制过程在本质上与工程的、生物的系统是一样的,均为通过信息反馈来揭示成效与标准之间的差,并采取纠正措施,使系统平稳在预定的目标状态上的。所以,从理论说,适合于工程的、生物的控制论的理论与方法,也适合于分析和表明管控制困难。

维纳在阐述他创立控制论的目的时称:“控制论的目的在于创造一种言和技术,使我们有效地研究一般的控制和通讯困难,同期也寻求一套恰的思想和技术,以便通讯和控制困难的各种特殊表现都能借助适当的概念以分类。”的确,控制论为其余领域的科学研究给予了一套思想和技术,致在维纳的《控制论》一书发表后的几十年中,各种冠以控制论名称的边学科如雨后春笋般生长出来。比如工程控制论、生物控制论、神经控制论、经济控制论以及社会控制论等。而管理更是控制论应用的一个重要领域。至可以如此觉得,民众对控制论原理最早的认识和最初的运用是在管理面。从这个意义上表达,控制论之于管理恰似青出于蓝。用控制论的概念和法分析管理控制过程,更便于揭示和描述其内在机理。

控制工作与控制的比较

(一)管理控制的概念。

在管理工作中,作为管理职能之一的控制工是指:为了保证组织的目标以及为此而拟定的计划能够得以达到,各级主人士依据事先确定的标准或因发展的需要而从新拟定的标准,对下级的工执行衡量、测量和评价,并在显现偏差时执行纠正,以防止偏差继续发展今后再次发生;或者,依据组织内外环境的改变和组织的成长需要,在计的实施过程中,对原计划执行修订或制订新的计划,并调整整个管理工作程。所以,控制工作是每个主管人士的职能。主管人士常常忽略了这一点疑似控制工作是上层主管部门和中层主管部门的事。事实上,无论哪一层的主管人士,不仅要对自己的工作负责,而已都还务必对整个计划的实行目标的达到负责,由于他们本人的工作是计划的一部分,他们下级的工作是计划的一部分。所以各级的主管人士,包含基层主管人士都务必承受实控制上作这一重要职能的责任。

(二)管理控制与“控制”的类似处。

管理活动中的控制工作,是一完整的复杂过程,也可以说是管理活动这一大系统中的子系统,其实质和制论中的“控制”一样,也是信息反馈。从图20—3 所示的管理控制工作的反馈过程可见,管理活动中的控制工作与控制论中的“控制”在概念上类似之处:

(1)二者的基本活动过程是相同的。无论是控制工作依旧“控制”都包含三个基本步骤:1)确立标准;2)衡量成效;3)纠正偏差。为了实控制,均需在事先确立控制标准,然后将输出的结果与标准执行比较;若现有偏差,则采取必要的纠正措施,使偏差维持在容许的规模内。

(2)管控制系统实质上也是一个信息反馈系统,通过信息反馈,揭示管理活动中不足之处,促进系统执行持续的调节和改革,以渐渐趋于平稳、完善,直高达优化的状态。同其余系统中的控制一样,在现代化管理中有很多情形要正反馈。两个组织之间的竞赛或竞争就是一例,你追我赶,相互促进。是大批的依旧为了缩减和消灭与既定目标的差距的负反馈,

(3)管理控制统和控制论中的控制系统一样,也是一个有组织的系统。它依据系统内、的改变而执行相应的调整,持续克服系统的不肯定性,而使系统维持在某平稳状态。

管理控制与“控制”的区别

1.控制论中的“控制”,实质是一个简单的信息反馈,它的纠正措施往是即刻就可付诸实行的。而且,若在自动控制系统中,一旦给定程序,么衡量成效和纠正偏差就往往均为自动执行的,而管理工作中的控制活动远比上述的更为复杂和事实。主管人士诚然是要衡量事实的成效情形,并它与标准对比较以及清晰地分析显现的偏差和原因。但是,为了跟随做出要的纠正,主管人士务必为此而花费适当的人力、物力和财力去拟订计划并实行这一计划,才有机会纠正偏差以高达预期的成效。

2.简单反馈中的“信息”,是一个一般意义上的词汇,即简单的“信息包含能量的机械传递、电子脉冲、神经冲动、化学反映、文字或口头的消息以及能够借以传递“消息”的任何其余手段。对于一个简单反馈的控制系来看,它所反馈的信息往往是比较单纯的。而对于管理控制工作中的“信息来看,它是依据管理过程和管理技术而组织起来的在生产运营活动中产的,而且经历了分析整理后的信息流或信息集,它们所包含的信息种类繁多数量重大。该种管理信息(包含管理控制工作中的信息)和管理系统结合一起,就形成了一个系统——管理信息系统。该种系统,受于既要反应产的生产过程,以便使信息系统能起到控制产品生产过程和产品的价值形成程的作用;又要适应管理决策的需要,使信息系统能起到为各级管理服务作用,使信息的流动符合管理决策的需要,使信息系统形成执行科学管理严格实施计划的有力工具。所以,我们就要求它具有如下功能:

(1)处理信息及时、精准;

(2)控制计划和运营管理,使之处在最佳状态;

(3)便于执行方案比较和择优;

(4)有利于执行预期工作。

管理能否有效,其核心在于管理信息系统能否完善,信息反馈能否灵敏正确、有力。灵敏、正确和有力的程度是一个管理制度或一个管理职能部能否有充沛生命力的标志,这就是现代管理理论中的反馈原理。要“灵敏”就务必有敏锐的“感受器”,以便能及时发现改变着的客观事实与计划目之间的冲突。要“正确”,就务必有高效能的分析系统,以筛选和加工感来的各种消息、情报、报告和信息等,“去粗取精、去伪存真、自此及彼由表及里”。“有力”就是把分析整理后得到的信息化为主管人士强有力行动,以修正以前的管理动作,使之更符合事实情形,以期高达管理和控的目的。

3.依照“控制论”的看法,生物或机械等等各种系统的活动均需要控制。

执行该种控制活动的目的是设法使系统运行中所造成的偏差不致多出允许规模而保持在某一平衡点上。

对管理来看,控制工作的目的不仅是要使一个组织依照原定计划,维其正常活动,以达到既定目标;而且还要力求使组织的活动有所前进,有创新,以高达新的高度,提出和达到新的目标。也就是说,管理的五个职活动,通过信息反馈,形成了一个闭合回路系统。管理活动无始无终,一面要像控制论中的“控制”一样,使系统的活动保持在一平衡点上;另一面还要使系统的活动在原平衡点的基础上。求得螺旋形卜升。全面质量管中推行的PDCA 工作法,事实上就是体现了这个特点。

控制工作的目的、作用及重要性

在现代管理系统中,人、财、物等要素的组合关系是多种多样的,时改变和环境影响很大,内部运行和结构有时改变也很大,加之组织关系错复杂,随机原因很多,处在如此一个十分复杂的系统中,要想达到既定的标,实施为此而拟定的计划,求得组织在竞争中的生存和发展,不执行控工作是不可想象的。

一、控制工作的目的和作用。

在早期的管理活动中,往往是通过财务审计来执行控制工作的。那时组织范围不大,涉及到的规模较小,业务活动种类也比较简单,所以执行务审计的目的是防止有限的资金在运用过程中显现浪费或流失,井保障能得最大的收益。伴随社会和科学技术的进步,组织的活动范围越来越大,动内容也增长广日益复杂,因此控制工作的内容也逐渐增多,已不仅仅是务审计所能概括得了的。但即使这样,财务审计仍不失为一种重要的控制法。

在现代的管理活动中,无论采取哪种方法来执行控制工作,要高达的一个目的(也就是控制工作的基本目的是要“保持现况”,即在改变着的外环境中,通过控制工作,随时将计划的实施结果与标准执行比较,若发有胜过计划容许规模的偏差时,则及时采取必要的纠正措施,以使系统的动趋于相对平稳,达到组织的既定目标。

控制工作要高达的第二个目的是要“打破现况”。在某些情形下,变的内,外部环境将对组织提出新的要求。主管人士对现况不满,要改革,创新。要开拓新局势。这时,就势必要打破现况,即修改已定的计划,确新的现实目标和管理控制标准,使之更先进、更合理。

在一个组织中,往往存在两类困难:

(1)经常造成的可快速地、直接地影响组织日常运营活动的“急性困难( Acuteproblem);

(2) 长期存在会影响组织素质的“ 慢性困难(Chronicproblem)。

处理急性困难,多是为了保持现况。而打破现况,须处理慢性困难。在各级组织中,大批存在的是慢性困难,但民众往往只意处理急性困难而忽略处理慢性困难。这是由于慢性困难是在长期的活动渐渐形成的,造成的原因复杂多样。民众对于其存在已经“习以为常”,至适应了它的存在,不或许发现或者即便是已经发现了也不愿意承认和解受于慢性困难所导致的对组织素质的影响。而急性困难是经常造成的,对数人的工作和利益会造成显而易见的影响,故容易被民众发现、承认和处理。

所以,要使控制工作真正起作用,就要像医生诊治疾病那样,着重处理慢困难,打破现况,求得螺旋形上升。

要打破现况,处理慢性困难,是需要一定时间的。这段时间就叫做“理击穿过程”。比如,在企业管理中,要分析企业的产品质量,可以将产的优等品率作为考核评价指标之一。若一个企业要把产品的优等品率从原的80%提升到95%,就需要有一个过程。

即使在日常活动中,控制工作的目的首要是前述两个,但执行控制工的最佳目的是防止困难的发生。这就要求管理人士的思想应该向前看,把制系统建立在前馈并非是简单的信息反馈的基础上,在不应发生的偏离计的情形显现以前就能预期到并能及时采取措施来加以防止。

控制工作的重要性

为了达到上述的目的,控制工作在管理活动中的重要性是显而易见的可以从下方两方面来理解:

(一)控制工作的重要性体当下:任何组织、任何活动都需要执行控制。

这是由于即使是在策划计划时执行了全面的、细致的预期,顾虑到了各种现目标的有利条件和影响达到的原因,但受于环境条件是改变的,主管人承受其自身的素质、知识、经验、技巧的制约,预期不或许完全精准,制出的计划在实施过程中或许会显现偏差,还会发生未曾预料到的情形。这时。

控制工作就起了实施和完成计划的保障作用以及在管理控制中造成新的划、新的目标和新的控制标准的作用。通过控制工作,能够为主管人士提有用的信息,使之了解计划的实施进程和实施中显现的偏差及偏差的大小并据此分析偏差造成的原因;对于那些可以控制的偏差,通过组织机构,究责任,给予纠上;而对于那些不可控制的偏差,则应立刻修正计划,使符合事实。

(二)控制工作的重要性还表当下它在管理的五个职能中所处的地位其相互关系上。

控制工作通过纠正偏差的行动与其余四个职能紧密地结合一起,使管理过程形成了一个相对封闭的系统。在这个系统中,计划职能择和确定了组织的目标、战略、政策和方案以及达到它们的程序。然后,过组织工作、人士配备、指导与领导工作等职能去达到这些计划。为了保计划的目标能够达到,就务必在计划实行的不同阶段,依据由计划造成的制标准,检查计划的实施情形。这就是说,尽管计划工作务必先于控制活动但其目标是不会自动达到的。一旦计划付诸实行,控制工作就务必穿插其执行。它对于衡量计划的实施进程,揭示计划实施中的偏差以及指明纠正施等均为非常必要的。同期,要执行有效的控制,还务必制订计划,务必有组织保证,务必要配备合适的人士,务必予以正确的指导和领导。所以说控制工作存在于管理活动的全过程中,它不仅可以保持其余职能的正常动,而且在必要时,还可以通过采取纠正偏差的行动来更改其余管理职能活动。尽管有时该种更改或许是很简单的,比如在指导中稍作些变动即可;

但在很多情形下,正确的控制工作或许致使确立新的目标,提出新的计划更改组织机构,更改人士配备以及在指导和领导方法上做出巨大的改革。

控制论的案例分析

案例一:控制论在工程项目管理中的应用

工程项目规划确定之后,项目管理的首要任务就是在实行过程中追踪和控制项目规划的达到。项目目标——经确定,项目规划务必跟随具体化为各类计划以及任务、职责的分工和详细的工作流程,项目管理也就进入了控制周期。在这一阶段,务必随时能回答下列困难:

(1)工程项目的进度情形如何。

(2)事实情况能否与计划有偏差。

(3)如有倔差存在,如何采取必要的纠偏措施,使工程项目运行从新纳入预定的轨道,或使项目维持在正常的道路上执行。

(4)工程项目目标达到的机会性如何,即对工程项目的更深一步发展执行预期。伴随项目的持续进度,项目的目标值应得以持续细化和精确化。必要的时机,应对项目规划中原定目标执行从新论证。

项目控制是保证组织的产出和规划统一的一种管理职能。假使工程顷,目揭有目标,项目规划就无从谈起,更谈不上项目控制。同期,计划是相对的、改变是绝对的,静止是相对的、改变是绝对的,永远是工程项目管理理论的至理名言。这句话并不是否定计划的必要性,而是强调了改变的绝对性和目标控制的重要性。工程项目管理成败如何,很大程度上取决于项目规划的科学性和项目控制的有效性。

在工程项目管理中,项目控制紧紧环绕着投资控制、质量控制和进程控制三大目标执行。该种目标控制是动态的,而且贯穿于工程项:B实行的始终。工程项目控制的流程见下图:

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工程项目控制流程图结合上述管理控制的三个步骤,上图的具体含义为:

(1)为了达到一定目标对工程项目执行人、财、物的投入。

(2)在工程项目建设过程中,即在设计、施工、安装、采购及销售等举动发生的过程中,必定存在各种各样的干扰,如恶劣天气、设计出图差于时、材料设备不足位以及市场需求发生改变等。

(3)收集事实报告,对工程项目进度情形执行评估。报告的收集可以通过检查,即交谈、数据和会议的形式对项目执行追踪和监控。在对项目进度情形、已完工程的支出和质量执行检查的同期,也要检查组织的运作情形,包含各类工作流程能否正常、职责分工能否清晰并妥当,等等。此外,还应注意分析工程项目环境的改变情形。

(4)把投资目标、进程日标和质量目标等方面的计划值与事实投资发生值、事实进程和质量检查报告执行比较。其中,务必注意对计划目标值执行论证和分析。由于由于各种主客观原因的制衡,项目规划中的计划目标值有机会是很难达到或不尽合理的,这就需要在项目实行过程中或合理调整、或细化和精确化。由于只有项目目标是正确合理的,项目控制才可有效。

(5)检查事实值和计划值有无偏差。假使没有偏差,则项目继续进度。在从进程、费用和质量三方面分析偏差外,还务必注意组织运作中能否存在冲突、市场或消费者的要求能否发生了改变等。从一定意义上表达,后者对项目目标的达到更具有决定性。

(6)假使有偏差,则分析原因并采取控制措施,以保证项目目标的达到。这相当于电工学的调节器。造成偏差的原因,有原定目标不合理、项目规划不周全或效果差、发生不可预见事件、组织内部缺乏沟通、人士素质存在不足够及责任和权利不清晰等。在分析原因的基础上,预期这些偏差的成长趋势,并分析偏差对达到项目目标的影响,进而采取相应的控制措施。控制措施包含组织措施、经济措施、合同措施和技术措施等。组织措施是通过更深一步清晰责任和分工,落实控制人士或撤换不称职人士,并在制度上保证控制的效果,优化工作流程和信息流程;经济措施是通过经济手段来实施控制;合同措施是通过合同条款落实目标控制的责任,在合同实施阶段,增强索赔的控制与管理等;技术措施则通过多个技术方案的论证和比较,利用价值工程原理,对目标执行控制。但究竞选用何种控制措施,要立足于偏差发生的具体情形,同期务必注意该种纠偏措施的选用或许会给项目的目标控制导致新的影响。所以,选择纠偏措施时,不仅要考虑纠偏措施的有效性,还要分析纠偏措施本身的成本和代价以及或许产生的对工程项目目标的新的影响。

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