Környezeti menedzsment rendszerek I

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Polláck Mihály Műszaki Kar

dr.Szvitacs István

Környezeti menedzsment rendszerek I. Távoktatásos oktatási anyag

PÉCS 2006

Környezeti menedzsment rendszerek I.

Bevezetés

1

Bevezetés Azt mondják, hogy a kreatív ember leglényegesebb ismérve az, hogy tud jó kérdéseket feltenni. Mielőtt elmélyednénk tankönyvünk anyagában, nekünk is fel kell tennünk egy egyszerű kérdést! Ez a kérdés a "miért?". Miért kell egy mérnöknek szervezési, vezetési és menedzsment ismeretekkel terhelni az agyát? A kérdésre kérdéssel felelhetünk. Miből is áll ma egy mérnök munkája? Ha erről egy hétköznapi embert kérdezünk, bizonyára ilyesfajta válaszokat kapunk. "Mérnök az, aki gépeket konstruál." Vagy: "Mérnök az, aki épületeket tervez és épít." Ez azonban felületes kép. A mérnök munkája a XX. század második felében rendkívüli mértékben átalakult. A világméretű változások, a piacgazdaság uralkodóvá válása, a nemzetközi piacok kialakulása, s a piaci szereplők közötti egyre élesebb verseny szükségszerűvé tette a mérnöki munka igényelte tudáskörnek az újragondolását. Az üzleti élet számos tevékenységének professzionális kezelése - ezt tekinthetjük akár menedzsment definíciónak is - komplex ismereteket igényel. S emellett van még egy nagyon fontos momentum! A mérnök munkahelyén emberi közösség tagja vagy vezetője lesz! Olyan feladatokkal és kihívásokkal szembesül nap mint nap, amelyek egyedül műszaki ismeretek birtokában már nem oldhatók meg. Sőt! Adódhatnak életében olyan helyzetek, amikor saját magát kell "eladnia", amikor önmagát kell menedzselnie. A naprakész műszaki tudás mellett tehát egyre nagyobb szerepet kapnak azok a gazdasági-pénzügyi, szervezési, vezetési, szabályozáselméleti, környezetvédelmi, környezet ismereti, jogi és egyéb humán ismeretek, amelyek nélkül szinte lehetetlen érvényesülni, az újabb és újabb kihívásoknak megfelelni. A Környezetmenedzsment című oktatási anyagunk több részből áll, melyek külön füzetekben jelennek meg római számozásssal. Az egyes részek a menedzsment, ezen belül a környezetmenedzsment, ismeretek egy-egy jól körülhatárolható halmazát tartalmazzák. Ebben a kötetben rendszertani, rendszerelméleti ismereteket tárgyalunk. Meggyőződésünk, hogy erre a komplex módon való gondolkodás miatt feltétlenül szükség van, s ugyanakkor így juthatunk el logikus módon a bennünket érdeklő speciális rendszerekhez, a gazdasági szervezetekhez is.

Hogyan használjuk ezt a tananyagot? Ajánlatos, hogy ne egy ültére vegye át az egység anyagát. Jobban jár, ha kb. 2-3 órás szakaszokra bontja a tanulásra szánt időt. Szünetet mindig az egyes részek végén tartson. Az egység végén önellenőrző kérdéseket talál. Ezek megválaszolásával ellenőrizheti felkészültségét.

Szervezési és döntési módszerek I.

Rendszerelméleti alapok

2

1. RÉSZ Rendszerelméleti alapok

Célkitűzések: Miután ezt az anyagot átvette, képesnek kell lennie • a rendszerszemlélet szükségességének megértésére, • a rendszerek folyamatainak, struktúrájának és környezetének kölcsönös összefüggései felismerésére, • az információ fogalmának megértésére és a modellezés alkalmazásainak felismerésére, • az információs rendszerek sajátosságainak megértésére, • a rendszerek alapvető irányítási módszerei alkalmazási lehetőségeinek megítélésére, • a rendszerek fontosabb csoportjainak felismerésére.

Tartalom: 1.

RÉSZ RENDSZERELMÉLETI ALAPOK

2

1.1.

A rendszerszemlélet szükségessége

3

1.2.

A rendszer fogalma, környezete és struktúrája

4

1.3.

A rendszer működése és folyamatai

10

1.4. Információs folyamatok 1.4.1. Az információs fogalma 1.4.2. Az információszerzés módjai 1.4.3. A modellezés mint információszerzési módszer

12 12 13 14

1.5. A rendszerek irányítása 1.5.1. Az irányítás fogalma, főbb műveletei 1.5.2. Az irányítás alapvető módszerei 1.5.3. A kibernetika

18 18 19 24

1.6.

26

A rendszerek osztályozása

ÖNELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

30



3

1.1. A rendszerszemlélet szükségessége A rendszerfogalom nem új keletű, sem a tudományos, sem a köznapi gondolkodás számára. A tudományos- és a köznyelv egyaránt használ olyan fogalmakat, mint. pl. az idegrendszer, a periódusos rendszer, a társadalmi rendszer, a számrendszer stb. A felsoroltak egymástól a maguk valóságában számtalan dologban különböznek, s mégis ellátjuk őket a rendszer kifejezéssel. Mit akarunk itt kifejezni a rendszer szóval? Elemezve a felsorolt megnevezések mögötti tartalmat láthatjuk, hogy jól elkülöníthető, sajátos tulajdonságokkal rendelkező részekből tevődnek össze. A részek egymáshoz való viszonya, kapcsolata az objektumokban mint egészekben ugyancsak sajátos tulajdonságokat mutat. Ezzel szemben mindegyik objektumra érvényes közös tulajdonság, hogy valamilyen vonatkozásban rendezett, és részei ezen rend keretei között kerülnek egymással kapcsolatba. A részek közötti viszonyok rendeződése a lényeges, ez határozza meg az egész minőségét, ezáltal olyan jellemzője az objektumnak, amellyel a részek nem rendelkeznek. Ezt már Arisztotelész is felismerte amikor megállapította, hogy az egész nem egyenlő a részek összegével. Ezt a tulajdonságot nevezzük potenciának. Természetesen rendkívül fontos az is, hogy minden rendszer valamilyen környezethez kapcsolódik. Az is lényeges, hogy az egyes rendszerek egyúttal részei, elemei valamilyen magasabb rangú rendszernek, míg elemeik valamilyen más szempontból ugyancsak rendszerként foghatók fel. A rendszerek elemzésével, vizsgálatával már régóta foglalkoznak. A XIX. századig ezekben a vizsgálatokban alapvetően az összetett objektumok részekre bontása volt a cél, aminek következtében a rendszer sajátosságai jórészt figyelmen kívül maradtak. A tudományos ismeretek fejlődése bebizonyította ezen analitikus közelítési mód egyoldalúságát, s egyben szükségessé tette a rendszerek egyértelmű megismerési módszereinek kidolgozását. Ennek folyamata a XX. század elején indult el, s különösen gyorssá vált a II. világháború után. Kialakult a rendszerelmélet tudománya, amely célul tűzte ki a meghatározott jellegű rendszerek általános viselkedési törvényszerűségeinek a feltárását. A meghatározott rendszerekre vonatkozó alapvető elméleti munkák bázisán konkrét, alkalmazott rendszertanok jöttek (és jönnek) létre, amelyek két fő csoportba sorolhatók: − vagy valamilyen relatíve önálló rendszer (pl. vállalat) sajátos törvényszerűségeit hatá-

rozzák meg (pl. Vállalati gazdaságtan), − vagy valamilyen rendszeren belüli lényeges, összetett tevékenység szerepét, jelentőségét, végzésének célszerű módját adják meg (pl. rendszerelvű szervezés, vezetés). Mindegyikben közös, hogy a vizsgált területet komplex módon, környezetébe beágyazva közelíti. Nem elégszik meg a részek elkülönült, analitikus vizsgálatával, hanem az egésznek a változásait kutatja - természetesen mindig a vizsgálat céljának megfelelő aspektusból. Ezt a közelítési módot hívja napjaink tudománya rendszerszemléletű közelítésnek.



4

1.2. A rendszer fogalma, környezete és struktúrája A rendszer fogalmának tudományos megfogalmazására először Ludwig von Bertalanffy biológus kutató vállalkozott. Megfogalmazása szerint a rendszer egymással kölcsönhatásban álló elemek olyan együttese, amelyre bizonyos rendszertörvények alkalmazhatók (Bertalanffy, 1969). Ackoff a rendszer fogalmát a következők szerint határozta meg: "A rendszer egymással kölcsönös kapcsolatban álló elemek halmaza. Így tehát egy rendszer olyan entitás, amely legalább két elemből, s egy olyan relációból áll, amelyik legalább két elemet kapcsol össze. A rendszer mindegyik eleme közvetlenül vagy közvetve kapcsolatban van az összes többivel. Továbbá nincs az elemeknek olyan részhalmaza, amelyik ne lenne relációban bármelyik másik részhalmazzal" (Ackoff, 1973). Természetesen a fentieken kívül számos egyéb definíciót is megadhatnánk, de sokkal több információhoz azokból már nem jutnánk. Ezért célszerűnek tűnik a fenti definícióknak mintegy sűrítményét képezve az alábbi rendszer megfogalmazást elfogadni: Rendszer alatt valamely közös ismérv alapján összetartozó, egymással meghatározott kapcsolatban lévő elemek jól körülhatárolt csoportját értjük. A fenti definícióból világosan következik, hogy az anyagi valóság nem minden része vizsgálható rendszerként. Olyan dolgok, jelenségek, amelyekben a részek mint elemek nem különíthetők el, vagy meghatározásuk nagy fáradsággal jár, illetve a köztük lévő kapcsolatok rendezetlenek, nem nagy sikerrel vizsgálhatók rendszerként. A rendszer logikai modelljét az 1.1. ábra szemlélteti.

környezet bemenet

RENDSZER

kimenet

környezet 1.1. ábra A rendszer logikai modellje A rendszer legkisebb, funkciója által meghatározott egysége az elem. Minden rendszer több, de legalább kettő, egymással kölcsönhatásban lévő elemből épül fel. Ezek az elemek azonosak, vagy különbözőek lehetnek, s ettől függően látnak el azonos vagy különböző feladatokat. Az azonos funkciót ellátó elemeket alrendszernek nevezzük.



5

A különféle alrendszerekből azután létrejöhetnek újabb funkcionális csoportosulások, amelyeket részrendszereknek nevezünk. Mind az elemek, mind az al- és részrendszerek maguk is felfoghatók rendszerként. Ebből következik az a tény, hogy a rendszerek hierarchikus felépítésűek, ami azt jelenti, hogy minden rendszer egyben része egy szuperrendszernek, ugyanakkor maga is elemek, al- és részrendszerek együtteséből tevődik össze. Minden rendszer környezetébe beágyazva, annak segítéségével funkcionál. Valamely rendszer környezetén az adott rendszerhez nem tartozó azon elemeket értjük, amelyek a rendszerrel (vagy annak elemeivel) hatáskapcsolatban vannak. A rendszer nem egyszerűen körül van véve környezetével, hanem annak révén létezik. A rendszer léte nem más, mint folyamatos anyag-, energia- és információcsere a környezettel, amelyet francia eredetű szóval miliőnek is nevezünk. Az egyes elemek (alvagy részrendszerek) számára ezt a miliőt maga a rendszer egésze jelenti. Ugyanakkor az egyes elemek csak a rendszer szempontjából elhanyagolt belső szerkezete és kapcsolatai a rendszerre szintén környezetként hatnak. A továbbiakban ezt a rendszer belső környezeteként fogjuk értelmezni. A környezet egészére vonatkozóan a hatások kétirányúak: - a környezet hatásai a rendszerre (behatások), - a rendszer hatása a környezetre (kihatások). A behatásokat és az azokat felfogó rendszerelemeket (az ún. receptorokat) együttesen a rendszer bemeneteinek (input), míg a kihatásokat és az azokat közvetítő rendszerelemeket (az ún. effektorokat) együttesen a rendszer kimeneteinek (output) nevezzük. Funkciójuk szerint a rendszert felépítő elemeket két fő csoportba soroljuk. Megkülönböztetünk: - végrehajtó elemeket és - irányító elemeket. A végrehajtó elem funkciója az, hogy a rendszerbe érkező bemeneti értéket átalakítsa kimeneti értékké. Ezt az elemet nevezzük operátornak. Az átalakítás véghezviteléhez szükséges azon elemet, amely az átalakítás szabályait, előírásait, módozatait, stb. meghatározza irányító, vezető elemnek, vagy más szóval regulátornak nevezzük. Az operátor tevékenységével az előírásnak megfelelően hajtja végre az állapotváltoztatások sorozatát, amely egy-egy átalakítást jelent. Az irányító elem azonban, nemcsak az átalakítás előírásait, szabályait adja meg, hanem funkciójához tartozik a végrehajtás teljesítésének ellenőrzése és az előírt értéktől való eltérés esetén a szükséges beavatkozás megtétele is. Egy végrehajtó és egy hozzátartozó irányító elem szabályozási kört alkot (1.2. ábra), melyet az automatikából vett kifejezéssel a rendszer elemi blokkjának nevezünk.



6

Egy-egy alrendszer (blokk) természetesen nemcsak kettő, hanem több elemből is összetevődhet. Lényeges kritérium azonban, hogy saját, belső irányító elemmel rendelkezzék. Egy-egy blokk méretét végső soron az általa betöltendő funkció, másrészt az irányító által áttekintendő kapcsolatok halmaza határozza meg.

bemenet

Végrehajtó elem

kimenet

Irányító elem

1.2. ábra Elemei blokk elvi vázlata Az elemek és ezek viszonylag állandó kapcsolatai határozzák meg a rendszer szerkezetét, struktúráját. A rendszer elemei (al- és részrendszerei) között fennálló kapcsolatok (relációk) halmazát nevezzük a rendszer struktúrájának. A struktúra az elemekhez viszonyítva egy formát ad, amelynek tartalmát az elemek adják. Ez utóbbiaknak azonban létközege a struktúra: azon kívül nem létezhetnek. Az elemek és a struktúra kölcsönösen feltételezik egymást. Azonos struktúrán belül az elemek változhatnak: a rendszernek az elemek dinamikus, változékony összetevői, míg a struktúra viszonylag statikus. A rendszer struktúráját alkotó relációk a rendszer elemeinek (al- és részrendszereinek) egymáshoz kapcsolódásával jönnek létre. A kapcsolatot az alkotó egységek közötti azon konkrét csatornák teszik lehetővé, amelyeken matéria és/vagy információ áramlik. Ezek az áramlások a hordozói azoknak a hatásoknak, amelyeket egyik elem a másikra kifejt. Az elemeken végigmenő hatásokat hatásláncnak nevezzük. A hatáslánc úgy működik, hogy az első elem bemeneti értékét az elem operátora transzformálja, a transzformált megjelenik az elem kimenetén mint kimeneti érték, belép az elemből kivezető csatornába, és azon keresztül belép a hatáslánc következő elemébe, ahol ez a folyamat megismétlődik. Végül a hatáslánc utolsó elemének kimenetén megjelenik az a kimeneti érték, amely a hatáslánc alkotta rendszerből vagy alrendszerből kilép a környezetbe vagy a rendszer egy másik alrendszerébe. A hatásláncok funkcionálása attól függ, hogy milyen módon kapcsolódik benne egymáshoz az elemek, alvagy részrendszerek. Alapjában véve ötféle kapcsolási mód különböztethető meg.



7

Ezek: − soros kapcsolás, − párhuzamos kapcsolás, − alternatív kapcsolás, − előrecsatolás, − visszacsatolás. Soros kapcsolás Ezen kapcsolási módnál az egyik elem kimeneti értéke a másik elem bemeneti értéke lesz. A kapcsolás sémáját a 1.3. ábra szemlélteti.

x

E1

y1

E

y 2

1.3. ábra Elemek sorbakapcsolása ahol: x = eredeti bemeneti érték E1 = a rendszert alkotó 1. sz. elem E2 = a rendszert alkotó 2. sz. elem y = kimeneti érték y1 = az E1 kimeneti, illetve az E 2 bemeneti értéke A sorbakapcsolt elemekből álló rendszerek együttes átbocsátóképessége egyenlő az elemek átbocsátóképességének szorzatával, azaz: y1 = E1∗ x és y = E2 ∗ y1 y = E1∗ E 2 ∗ x

Párhuzamos kapcsolás Ezen kapcsolási módnál a rendszert alkotó elemek, alrendszerek bemeneti értéke minden elemre vonatkozóan azonos. A bemeneti érték transzformálásának eredményeként - két elemet feltételezve - két kimeneti értéket kapunk, amelyek összegezhetők. A párhuzamos kapcsolási módot mutatja a 1.4. ábra. A párhuzamosan kapcsolt elemek együttes átbocsátóképessége egyenlő az elemek átbocsátóképességének összegével.



8

y1 = E1 ∗ x és y2 = E2 ∗ x y = y1 + y2 = ( E1 + E2 )∗ x E

1

x E

2

y1

y

y2

1.4. ábra Párhuzamos kapcsolás Alternatív kapcsolás

Ezen kapcsolási módnál a rendszert alkotó elemek, alvagy részrendszerek bementi értéke minden elemre vonatkozóan azonos, s ebből a szempontból ez a kapcsolási mód megegyezik a párhuzamossal. Az eltérés abban jelentkezik, hogy alternatív kapcsolás esetén a hatásláncban csak az egyik elem működik, a többi passzív, de készenléti állapotban van, így a rendszer kimeneti értéke mindig az éppen működő elem kimeneti értékével lesz egyenlő. Az alternatív kapcsolás jelentősége abban van, hogy növeli a rendszer működésének biztonságát. Ezt a kapcsolási módot az 1.5. ábrán mutatjuk be. x

E

x

E

x

E

y

y

y

1.5. ábra Alternatív kapcsolási mód Előrecsatolás

Számtalan esetben szükség lehet arra, hogy egy elem kimeneti értékét egy későbbi újabb felhasználásra megőrizzük. Ezt a célt szolgálja az előrecsatolás. Az előrecsatolást megvalósító elemben tehát nem transzformáció megy végbe, hanem csak tárolás. Ezen csatolás elvi vázlatát mutatja a 1.6. ábra.



9

1.6. ábra Az előrecsatolás elvi vázlata Visszacsatolás

A szabályozás eszköze a visszacsatolás. A visszacsatolás az elemek olyan elrendezése, amelynél a rendszer bemenetét saját kimenete megváltoztathatja. Az egyszerű szabályozási körben (1.7. ábra) a rendszer működési célja (z) kívülről adott. Ez alakul át a rendszerbe belépve a rendszer bemeneti értékévé (x). Erre az értékre állítjuk be a szabályozási kör működését. A visszacsatolás arra szolgál, hogy a rendszer működését automatikusan, újabb külső beavatkozás nélkül, a kitűzött cél elérésére állítsa be. Evégből a céltól való eltérést ( Δx ) visszacsatolja a rendszerbe és annak alapján módosítja a beállítási értéket. A szabályozási kör beállítási értéke az első ciklusban egyenlő az előírt értékkel, azután ciklusonként úgy módosul, hogy a kimeneten jelentkező tényleges értéket egyre közelebb hozza a megkívánt értékhez. (Az anyag későbbi részében erre még részletesen kitérünk!) z

x

S

y

Δx R

1.7. ábra A visszacsatolás elvi vázlata ahol: z x y Δx S R

= = = = = =

előírt érték (norma) beállított érték tényleges érték eltérés szabályozott objektum (operátor) irányító elem (regulátor)

Az elemek egymáshoz való kapcsolódása - a hatáslánc - bonyolultabb rendszerekben mindenféle formációt felvehet. Különböző feltételek mellett különféle struktúrák mutatkoznak a legcélszerűbbnek. Maguk a struktúrák jórészt hierarchikus jellegűek. Elemi



10

részeikben lehetnek vonalasak, csillagalakúak, gyűrűsek, méhsejtszerűek és sokkapcsolatúak (1.8. ábra). A struktúra jellege nagymértékben függ attól a feladattól, amelyet benne meg kell valósítani.

1.3.

A rendszer működése és folyamatai

A rendszerek működését bizonyos törvények határozzák meg. E törvények között vannak olyanok, amelyek minden rendszerben érvényesülnek, s ezért általánosak, és vannak olyanok is, amelyek csak egy-egy rendszerben fejtik ki speciális hatásukat.

csillag alakú

vonalas

gyűrűs

méhsejt alakú

sokkapcsolatú 1.8. ábra Néhány jellegzetes elemi struktúra



11

A rendszerekkel foglalkozó tudományok abból indulnak ki, hogy minden, rendszertulajdonságokkal rendelkező dolog működésében közös törvények érvényesülnek, amelyek azonban az adott mozgásforma sajátos törvényein keresztül fejtik ki hatásukat. Mai ismereteink szerint hét olyan lényeges megállapítás fogalmazható meg, amelyek segítségével a rendszerek működése leírható. Ezek az alábbiak: 1. A rendszer működése időhöz és térhez kötött, amiből az következik, hogy minden időpillanatban lehetséges állapotainak egyikében tartózkodik. 2. A rendszer bemenetére bizonyos időben a környezetből hatások érkeznek. 3. A rendszer képes a bemeneti hatásokra a kimenetén válaszhatásokkal reagálni. 4. A rendszer adott időbeni állapotát az előző állapota és a bemeneti hatások meghatározzák. 5. A rendszer adott időbeni kimeneti hatásait a rendszer adott időbeni állapota (valamint a megelőző állapot idejéhez tartozó bemenő hatások) határozza meg. 6. A rendszer képes a kívánt célállapot szerinti kihatások létrehozására. 7. A rendszer képes a lehetséges célállapotok közül az optimális kiválasztására. Minden rendszer úgy működik, hogy bemeneteit átalakítja (transzformálja) kimenetekké. Ezen transzformációk során végbemenő változások sorozatát nevezzük folyamatnak. A folyamatok működése, vagyis a bemenetek kimenetté transzformálása, időbeni változások sorozataként fogható fel. Maga a transzformáció az a rend (törvény, szabály), amely szerint a bemeneti értékek a rendszerben átalakulnak kimeneti értékké. Ha ezt a rendet tudatosan alakítjuk ki, akkor algoritmusról beszélünk. Egy adott rendszerben lezajló folyamatot sokféle szempontból vizsgálhatunk. Bármi legyen is azonban a vizsgálat célja, a folyamatot kifejezni csak az illető folyamatot jellemző paraméterekkel lehet. A jellemző paraméterek a vizsgálat szempontjaitól függően változhatnak. Mindig olyan paramétereket kell megválasztanunk, amelyek: − a folyamat állapotát és annak változásait jól jellemzik, − minősíthetők, azaz mérhetők.

A folyamatot jellemző és mérhető paramétereket állapotkoordinátáknak, míg az általunk definiált sokdimenziós teret állapottérnek nevezzük. A rendszer működése, állapotainak időbeni változása ezen térben értelmezendő. A rendszerekben lejátszódó folyamatokat sokféle szempont alapján csoportosíthatjuk. Ezek közül alapvető fontosságú az a csoportosítása, amely a folyamatokat a bennük végbemenő transzformáció tartalma alapján csoportosítja. Eszerint megkülönböztetünk: • •

materiális (anyagi, reál) és információs

folyamatokat.



12

A materiális folyamatok közé azokat soroljuk, amelyekben anyag vagy energia (beleértve ebbe az ember munkaerejét is!) alakul át, míg az információs folyamatokban információkat dolgoznak fel. Mindkét esetben az egyes funkciók anyagi jellegű változásokon keresztül jelennek meg. Ez egy sajátos dualitást eredményez, amelynek értelmében minden folyamatnak két oldala van: materiális és információs. Másként fogalmazva: ♦ ♦

minden anyagi változás hordozza a rávonatkozó információk összességét, ugyanakkor minden információs folyamat anyagi változásokon keresztül valósul meg.

A fentiek értelmében minden folyamat egyszerre materiális is és információs is. Hogy éppen melyikről van szó, azt a vizsgálat célja dönti el. A materiális folyamatokról a továbbiakban általánosságban (azok rendkívüli mértékű differenciáltsága miatt) nem fogunk beszélni, de a szervezett rendszerek (s főként a gazdasági rendszerek) vizsgálata során speciális tulajdonságaikra még visszatérünk. Az információs folyamatokkal azonban más a helyzet, hiszen minden olyan rendszerben (s különösképpen a gazdasági rendszerekben!) különleges súllyal vannak jelen, amelyek meghatározott célok érdekében tudatosan képesek tevékenykedni. Ezért is indokolt - itt és most! - kissé részletesebb megtárgyalásuk.

1.4. Információs folyamatok 1.4.1. Az információs fogalma

Az információs folyamatokra vonatkozó vizsgálódásunkat célszerű az információ fogalmának meghatározásával kezdeni. Maga a fogalom tudományos absztrakció, amely nem létezik, nem határozható meg a rendszerfogalom nélkül, s döntő szerepe van a menedzsment fogalmának értelmezésében is. Eszerint: Az információ a bennünket körülvevő reális világ objektív ok-okozati összefüggéseinek tükröződése az emberi tudatban.

Az objektív világ minden eleme egyidejűleg számtalan rendszernek lehet része; jelentősége minden szempontból más és más. Minden rendszerben az elemek és/vagy kapcsolataik bármely halmaza lehet az információ tárgya - az, amire az információ vonatkozik, ami bennünket érdekel. Erre vonatkozóan az információ konkrét mennyiségi és minőségi, a változásokra vonatkozó jellemzők halmazában jelenik meg. Ez a halmaz többnyire mérhető. Mire is vonatkozik az információ? Többnyire valamilyen korábban ismeretlen állapotra, eseményre. Az ismeretlen kifejezés itt azt jelenti, hogy csak azok a közlések tekinthetők információnak, amelyek valami újat is tartalmaznak az eseményre vonatkozóan.



13

Új számunkra csak az lehet, amit korábban nem volt módunk előre látni, vagyis számunkra az esemény - térben és/vagy időben - véletlen jellegű. Az információ fogalma így a véletlen jelenségekhez kapcsolódik, s ezért valószínűségi jellege van. Az információ mindig olyan új ismereteket ad, amely bennünk - a jelenséggel kapcsolatos - határozatlanságot, bizonytalanságot szüntet meg (vagy csökkent). Ezek alapján könnyen belátható, hogy információról csak a határozatlan rendszerek, illetve folyamatok esetében beszélhetünk.

Az információ kifejezés ilyen értelmezése lehetővé teszi különböző típusú közlések egységes kezelését, függetlenül azok eredetétől, keletkezési módjától és megjelenési formájától. A határozatlanság mértékének meghatározásához figyelembe kell venni, hogy ha valamilyen folyamat, egyenlő valószínűséggel, K számú eseményhez vezethet, akkor a folyamat határozatlansága K értékétől függ: K növekvő értékéhez növekvő határozatlanság tartozik. A határozatlanság tehát K valamilyen függvénye. Milyen alakú is lesz ez a függvény? A hosszadalmas matematikai levezetést mellőzve próbáljuk meg ezt kikövetkeztetni. Vizsgáljuk azt az egyszerű esetet, amikor K=1. Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben a függvény értéke 0, hiszen olyankor, amikor csak egy esemény következhet be, nem lehet szó véletlenről. Ennek a feltételnek (azaz hogy a függőváltozó 0 értékéhez a független változó 1 értéke tartozik) a logaritmus függvény felel meg. Ennek megfelelően az információelméletben a határozatlanságot kettes alapú logaritmussal fejezik ki. Az információ mennyiségét ebből vezetik le, s a mennyiség egységét - amelyet bit-nek hívnak - az az információ jelenti, amelyet valamely két, egyformán valószínű kimenettel járó folyamat eredményéről közölnek. Az információt mindig anyagi változások - fény, nyomás, hang, stb. - közvetítik. Az információkat hordozó anyagi változásokat jeleknek, a jelek sorozatát közleménynek hívjuk. Az a közeg, amelyben a jelek haladnak, az információs csatorna. Az információk ezen csatornákban való áramlása a kommunikáció. Az információ átalakítása jelekké a kódolás, a jelek visszaalakítása információvá a dekódolás. Minden olyan hatást, amely elfedi vagy eltorzítja a jeleket zajnak nevezzük. Amennyiben az információt hordozó jelek száma több a szükségesnél, úgy a közlemény terjengősségéről (redundanciájáról) beszélünk. A továbbiakban azt vizsgáljuk meg, hogy miként tudunk a szükséges információkhoz hozzájutni. 1.4.2. Az információszerzés módjai

Minden dolog, jelenség, folyamat magában hordja a rávonatkozó információk összességét. Ezen potenciális információkat három úton tehetjük szabaddá: • észleléssel, • megfigyeléssel és • vizsgálattal.



14

Az észlelés azt jelenti, hogy teljesen véletlenül jutunk az információhoz. Nem készülünk rá, nem teszünk az érdekében semmit. Az észlelés tehát térben és időben véletlen, passzív információszerzési módszer. A megfigyelés a figyelem tudatos koncentrálása révén biztosítja az időben véletlenszerűen keletkező információk megszerzését. Passzív módszer ez is, hiszen az információ előállítása érdekében - hasonlóan az észleléshez - nem teszünk semmit. A vizsgálat tudatos, aktív információszerzési módszer, mivel ennek során saját cselekvésünkkel is hozzájárulunk az információ megszerzéséhez, előállításához. A vizsgálat a black box (fekete doboz) elv alkalmazását jelenti. Ezen elv azt fejezi ki, hogy van egy sötét belsejű dobozunk, amit valami miatt nem tudunk, vagy nem akarunk kinyitni, viszont tudni szeretnénk, hogy mi van a belsejében. Ezt úgy tudhatjuk meg, hogy különböző hatásokat gyakorolunk rá - pl. megemeljük, megrázzuk, melegítjük, átvilágítjuk, stb. -, s megállapítjuk, hogy mikért reagál ezekre a hatásokra. Ez utóbbiból azután levonjuk a szükséges következtetéseket. Attól függően, hogy a vizsgálatot magán a vizsgálandó rendszeren, vagy egy, a rendszert a vizsgálódás szempontjából helyettesíteni képes idegen rendszeren végezzük, két eljárást különböztetünk meg. Az első menetben kísérletről, míg a helyettesítő rendszer alkalmazása esetén modellezésről beszélünk. Ez utóbbival, általánosan nagy jelentősége miatt, részletesebben is foglalkozunk. 1.4.3. A modellezés mint információszerzési módszer

A modellezés a megismerés egyik általánosan használt eszköze, valamilyen rendszer (objektum) közvetett vizsgálatának egyetemes módszere. A modellezés során nem közvetlenül a megismerés tárgyát vizsgáljuk, hanem egy őt helyettesítő másik objektumot. A modellezés tehát olyan módszer, amelynek segítségével az ismeretlen az ismertre vezethető vissza. A modell fogalma

A modell fogalma a hasonlóság fogalmán alapul. A hasonlóság azonban csak meghatározott körülmények között, a modellrelációban tölti be ezt a szerepet. A modellrelációnak három komponense van: ♦ ♦ ♦

a modell eredetije, a modell és a modellszubjektum.

A modell szubjektuma azzal a képességgel rendelkezik, hogy meg tudja állapítani a modell eredetije és a modell közötti hasonlóságot. A modellszubjektum szerepét leggyakrabban az ember játssza.



15

Az ember mint modellszubjektum az eredeti objektummal és a modellel a következő viszonyban van: a) a tudatában tartalmazza az eredeti objektumnak - amely a tulajdonságok egy adott A rendszere - a képmását A'-t; b) a tudatában úgyszintén jelen van egy másik objektumnak (B) a képmása B'; c) az A rendszer tanulmányozására, leírására B' -t használja fel. Így a B' az A rendszer modelljévé, sajátos képmásává lesz, ami persze csak akkor valósulhat meg, ha az A és a B rendszer között objektív megfelelési viszony áll fenn. Az eredeti rendszer tulajdonságainak átvitele a modellre izomorf és homomorf leképzelések segítségével történik. Izomorf leképzelésről akkor beszélünk, ha az eredetinek és a modellnek a megfelelő részei, tulajdonságai között kölcsönösen egyértelmű a kapcsolat. Akár az eredetiből, akár a modellből indulunk ki, megtaláljuk a másikban a megfelelő részletet és tulajdonságot.

Az izomorf leképzelés lehet:

funkcionális, amikor csak azt várjuk el, hogy a modell és az eredeti rendszer azonos hatásokra azonos módon reagáljon,

strukturális-funkcionális, amikor nemcsak az azonos viselkedés, de az azonos belső folyamatok is követelmény.

Homomorf leképzelésről akkor van szó, ha a modellben nem őrizzük meg az eredeti részletgazdagságát, összes tulajdonságát. Ez az oka annak, hogy a modell alapján az eredeti nem reprodukálható.

Azt, hogy milyen rendszert (s milyen leképzeléssel) válasszunk modellnek, mindig a modellezés célja határozza meg. A külsődleges hasonlóság követelményének eleget tehetnek a fényképek, rajzok, ábrák. A strukturális izomorfia például szerkezeti képletekkel, makettekkel érhető el. A funkcionális izomorfia jellegzetes példáiként említhetők a matematikai függvények, egyenletek, egyenletrendszerek. Viselkedési izomorfiát találunk a bonyolultság magas fokán álló kísérleti példányok, prototípusok esetében. Hogyan határozzuk meg ezek után a modell fogalmát? A sok lehetséges megfogalmazás közül válasszuk ki Tóth Imre Zoltán (Tóth, 1973) definícióját. Eszerint: A modell olyan eszmei vagy anyagi rendszer, amely a modellszubjektum érzékelő, megismerő, vagy reprodukáló tevékenysége következtében egy eredeti rendszernek megfelel, s ezáltal azt az érzékelésben, a megismerésben, az ismeretközlésben vagy gyakorlati feladatok megoldásában helyettesíti. A modellezés által szolgáltatott információk

A modell csak akkor szolgálhatja az eredeti objektum megismerését, ha rendelkezik annak lényeges tulajdonságaival. Ez természetesen azt is jelenti, hogy a két rendszer



16

valamennyi tulajdonságának nem kell megegyezni. Ez már csak azért sem lehet követelmény, mert ez esetben nem lehetne a két objektumot megkülönböztetni. Természetesen az ellenkező véglet is kerülendő, ugyanis ha túl nagy a különbség az eredeti és a modellrendszer között, akkor lényeges tulajdonságok veszhetnek el, s a modell által szolgáltatott információk hamisak lesznek. Ezért a modell-módszer problémája: a modell és az eredeti viszonya. Ha a modell tulajdonságainak halmazát M-mel, az eredeti rendszer tulajdonságainak halmazát pedig E-vel jelöljük, továbbá feltételezzük, hogy a halmazok elemei számszerűen kifejezhetők, akkor a modell annál jobban megfelel az eredeti rendszer vizsgálatára, minél nagyobb a két halmaz metszetének a két halmaz uniójával való osztása révén nyert hányados. Az előzőket képletben is kifejezhetjük:

h=

MI E MUE

Ez a formula azt fejezi ki, hogy minél több a modellben és az eredeti rendszerben a közös elem, annál inkább megfelel a két rendszer viselkedése egymásnak. Természetesen a közös tulajdonságok tekintetében vannak bizonyos határértékek, így bizonyítás nélkül is beláthatjuk, hogy a modell hűségére igaz az alábbi megállapítás: 0 < hűség < 1 Ez azt jelenti, hogy a két rendszernek kell, hogy legyen legalább egy közös tulajdonsága, s ugyanakkor azt is jelenti, hogy valamennyi tulajdonságuk nem egyezhet meg, hiszen ez esetben a két rendszer azonos, tehát bármelyikük vizsgálata nem modellezés, hanem kísérlet. A modell sajátosságaiból következik, hogy a vizsgálat során új ismereteket szolgáltat az eredeti rendszerről (a mintáról). A modellalkotás nem öncél, nem valamilyen kutatás végcélja, hanem mint a megismerés eszköze, az eredeti objektum tanulmányozását szolgálja. A modell nem általában helyettesíti az eredeti rendszert! Helyettesítő szerepet csak a konkrét vizsgálatban tölt be. Vagyis csak akkor, amikor segítségével ismeretet nyerünk az eredeti rendszerről. A rosszul megválasztott modell is szolgáltathat információkat, játszhat pozitív szerepet. Azok a modellek, amelyek kudarcot vallanak arra tanítanak, hogy az alapjaikat képező elvek és struktúrák nem felelnek meg a visszatükrözni kívánt folyamatoknak. Ezek a negatív ismeretek azután később felhasználhatók lesznek, segítségükkel elkerülhetjük azt, hogy ugyanabba a hibába essünk. A modell általában egyszerűbb az eredeti rendszernél. Minden esetben szegényebb annál, mert sohasem tartalmazhatja az eredeti objektum minden tulajdonságát. Ugyanakkor ismertebbnek is kell lennie az eredeti rendszernél, mert csak így szolgálhatja annak megismerését, csak így valósulhat meg az ismeretlen visszavezetése az ismertre. A modell-módszer egyaránt lehet a tudományos és a gyakorlati megismerés eszköze. Az alkalmazási célnak megfelelően kell a modellt kiválasztani, dönteni annak alkalmazásáról. Rendkívül fontos szerepe van az alkalmazást követő értékelő fázisnak. A modellből kapott eredményt mindig az eredeti rendszerre kell vonatkoztatni!



17

Ez megkívánja a modell nyelvéről az eredeti rendszer nyelvére való áttérést. Miután ez megtörtént, a megoldás ellenőrzése következik, ami általában igen bonyolult feladat, nagy munka. Modelltípusok

A modellmódszer alkalmazási célja szempontjából a modelleket az alábbiak szerint csoportosíthatjuk. A legfontosabb célok: ♦ meglévő ismeretek rendszerbe foglalása -> leíró modell, ♦ új ismeretek szerzése vagy régi ismeretek megerősítése -> magyarázó modell, ♦ irányítási célú felhasználás -> kibernetikai modell.

Mivel a későbbiek során sokszor lesz szó a szervezetekről mint rendszerekről, célszerű már itt megismernünk az ezek modellezésére használatos főbb modelltípusokat. Ezek a következők: a) Taxatív modellek. Ezek a modellek felsorolják az eredeti rendszer elemeit, oly módon csoportosítva azokat, ahogyan azok a rendszeren belül is összetartoznak. Jellegzetes példája pl. egy szobaleltár. b) Verbális modellünk, ha az eredeti rendszer struktúráját és folyamatait köznyelvi szavakkal, mondatokkal írjuk le. Ilyenek a működési leírások, eljárásmódok, ügyrendek, szabályzatok, munkarendek, stb.

c) A grafikus modellek ábrákkal, vagyis különböző síkbeli alakzatokkal és az azokat összekötő, a kapcsolatokat kifejező vonalakkal tükrözik az eredeti rendszert. A grafikus modellek statikusak, ha tényezőik között az idő nem szerepel (állapotábrák), míg az időtényezőt is tartalmazó modellek dinamikusak (folyamatábrák). d) Absztrakt modellek. Ha a modellben felhasznált szimbólumok a matematikai-logikai absztrakció jelrendszerének megfelelő olyan jelek, amelyek kifejezik a modell és az eredeti rendszer közötti, illetve a modellen belüli mennyiségi és minőségi összefüggéseket, akkor absztrakt modellről, közelebbről matematikai vagy logikai modellről van szó.

Természetesen a rendszermodellnek egyéb csoportosítása is létezik, de azok ismertetésétől jelen anyagunkban eltekintünk. A modellezés előnyei és hátrányai

A modell-módszer alkalmazásának számos előnye és hátránya van. Az előnyök között többnyire a következők említhetők: • kisebb költséggel juttat információhoz, • lehetőséget nyújt csupán egy tényező változtatására, de valamennyi tényező változtatására is, • felszínre hozza az elméleti absztrakció hiányosságait,



18

• gyorsabban szolgáltat információkat, • biztosítja a tények, megállapítások és problémák tömör leírását, s ezáltal megkönnyíti a publikálást, • elősegíti a tudományos megközelítést. Viszonylagos, és megfelelő gondossággal kiküszöbölhető hátrányként az alábbiakat jegyezhetjük meg: ♦ az absztrakció hibái, pontatlanságai áthárulnak az elméleti, illetve gyakorlati munkára, ♦ a túlságos egyszerűsítések irreálissá teszik az eredményeket, ♦ a kutató vagy a gyakorlati szakember beleszerethet a modelljébe, s akkor is kitart

mellette, amikor az nem tükrözi helyesen a valóságot, ♦ a modellt a konkrét szituációtól függetlenül, nem alkalmas körülmények között és nem alkalmas módon használják.

1.5. A rendszerek irányítása Ebben a pontban a rendszerek irányításának (menedzselésének) általános kérdéseivel foglalkozunk. Ezt az teszi különlegesen indokolttá, hogy a későbbiekben tárgyalandó speciális rendszerekkel, a gazdasági rendszerekkel már ezen ismeretek birtokában tudjunk foglalkozni. 1.5.1. Az irányítás fogalma, főbb műveletei Irányításon (control) a rendszer működésének meghatározott cél elérése érdekében történő befolyásolását értjük. A rendszerek irányítása tulajdonképpen folyamatok irányítását jelenti. Ahhoz pedig, hogy egy folyamatot irányíthassunk, ismernünk kell annak mértékadó jellemzőit. Ezek tulajdonképpen azon lényeges paraméterek, amelyekkel a folyamat kifejezhető. Paraméterként csak olyan jellemzőket tüntethetünk fel, amelyek a folyamat lényegét kifejezik, és ugyanakkor mennyiségileg is kifejezhetők, mérhetők és befolyásolhatók. Egy adott folyamatot egy vagy több paraméter jellemezhet. Az irányítás lényege abban van, hogy a jellemzőként megadott paraméterek kívánt értékét meghatározzuk, s a folyamatba azért és úgy avatkozunk be, hogy e jellemzőket a kívánt értéken tartsuk.

A kívánt érték a folyamat jellegétől függően lehet - időben állandó, - időtől vagy más jellemzőtől függően változó. A folyamat mértékadó jellemzőit irányított jellemzőknek, ezek értékét előírt értéknek, illetve alapjelnek nevezzük. Az alapjelet általában az alapjelképző szerv állítja elő. Ennek bemenő jele a beállító- vagy vezető jel, kimenő jele az alapjel.



19

Az irányítás alapegységének az elemi blokkot tekintjük.

Minden irányítási tevékenység a következő, egymást követő műveletekből áll: -

érzékelés, különbségképzés, ítéletalkotás, beavatkozás.

Az irányítási folyamat az érzékeléssel, észleléssel kezdődik. Az érzékelést a szabályozott jellemzők valamilyen módszerű mérése jelenti. A szabályozott jellemző tényleges értékét, értékének változásait, az érzékelő szerv (receptor) méri. A receptor bemenő jele az alapjel, kimenő jele az ellenőrző jel. A különbségképzés rendeltetése a folyamat tényleges állapotának (az ellenőrző jelnek) az összehasonlítása a megkívánt állapottal (az alapjellel), továbbá feladata az eltérés előjelének és mértékének (az un. hibajelnek) a megállapítása. A különbségképzést a különbségképző elem, a szenzor végzi. A szenzor bemenő jele az alapjel és az ellenőrző jel, kimenő jele pedig a hibajel. Ezek után következik az ítéletalkotás művelete, melynek során a különbségképzés eredményétől függő döntés születik. Ha az eltérés mértéke egy előre meghatározott értéknél (ingerküszöb) nem nagyobb, a folyamatot megfelelőnek minősítjük, s abba nem avatkozunk be. Ha viszont az eltérés meghaladja a megengedett mértéket, kilép a megadott intervallumból, akkor a folyamatba be kell avatkoznunk. A döntést az ítéletalkotó, a rendelkező egység hozza. Az egység bemenő jele a hibajel, kimenő jele pedig a rendelkező jel. Az irányítás utolsó művelete következik, a beavatkozás. A beavatkozás célja a folyamat tényleges állapotának megváltoztatása annak érdekében, hogy a folyamat tényleges és kívánt állapota közötti különbség csökkenjen, illetve megszűnjön. A beavatkozás műveletét a beavatkozó szerv (transzformátor) végzi. Ennek bemenő jele a rendelkező jel, kimenő jele pedig a beavatkozó jel. Az irányítási tevékenység egyszerűsített sémáját mutatja be a 1.9. ábra. Ítéletalkotó rendelkező jel Rendelkező szerv

Végrehajtó szerv

beavatkozó jel

Irányított főfolyamat

irányított jellemző

vezető jel

Alapjel képző szerv

alapjel

Különbségképző szerv

ellenőrző jel

Érzékelő szerv

1.9. ábra Az irányítási tevékenység egyszerűsített sémája 1.5.2. Az irányítás alapvető módszerei

Az irányításnak két alaptípusa ismeretes: a vezérlés és a szabályozás. Mi is ezek lényege?



20

Ha a befolyásolást szolgáló beavatkozás alapja nem a befolyásolni kívánt folyamat (objektum) állapotáról nyert értesülés, hanem valamilyen környezeti jellemző, akkor vezérlésről beszélünk. Ha viszont a beavatkozás alapja a befolyásolni kívánt objektum állapotáról visszacsatolás révén nyert értesülés, akkor szabályozással van dolgunk. A köztük lévő különbség az alábbi példával tehető szemléletessé. Folyamat: lakás fűtése padlófűtéssel. Irányítási cél: állandó hőmérséklet tartása. Zavaró jelek: a külső hőmérséklet ingadozása.

Az irányítási cél elérésének módjai: a) A lakás hőmérsékletét mérjük, és ha az a kívánt szint alá süllyed, akkor fokozzuk a fűtést, ellenkező esetben pedig csökkentjük azt. Ekkor szabályozásról van szó. b) A külső hőmérsékletet mérjük és annak függvényében növeljük vagy csökkentjük a fűtést. Ekkor vezérlésről van szó. A vezérlés A vezérlésnél a környezetből érkező zavaró hatások és az erről szerzett értesülések alapján avatkozunk be a folyamatba. A beavatkozás célja a zavaró hatások következményeinek a felszámolása, illetve ezen következmények kompenzálása. A vezérlési beavatkozásra éppen akkor kerül sor, amikor a zavaró jel hatni kezd a rendszerre, tehát a beavatkozás és a zavaró jel egyidejűleg hat a folyamatra. A hatások iránya éppen ellentétes és azonos nagyságú, ezért a hatások eredője zérus lesz. Sajátossága a vezérlésnek, hogy csak az előre meghatározott zavaró hatások kiegyenlítésére alkalmas. Ennek egyenes következménye, hogy az ezektől eltérő zavarásokra nem reagál. A vezérlés hatáslánca nyitott, kapcsolási módja tehát a soros, illetve párhuzamos kapcsolásnak felel meg. A vezérlés hatásvázlatát a 1.10. ábra szemlélteti. Zavaró jelek Bemenet

Vezérelt rendszer

Kimenet

Vezérlő rendszer

1.10. ábra A vezérlés hatásmechanizmusa A szabályozás Ellentétben a vezérléssel, a szabályozásnál a hatáslánc zárt. A szabályozásnál ugyancsak az egyik elem hat a másikra, de vagy az vagy egy következő elem visszahat az első elem-



21

re. Ez végeredményben azt jelenti, hogy az első elem - közvetlenül vagy közvetve - saját magára hat vissza. Ez a visszahatás ellentétes az objektumban haladó anyagok, információk stb. mozgási irányával, ezért is nevezzük ezt a kapcsolatot visszacsatolásnak. A visszacsatolásnak két típusát különböztetjük meg: a pozitív és a negatív visszacsatolást. A pozitív visszacsatolás az előrecsatolásnak felel meg. Jellemzője, hogy felerősödő folyamatot állít elő, azaz a rendszer kimenetén mért érték hozzáadódik a rendszer bemeneti értékéhez. A negatív visszacsatolás a rendszer előírt értékeire szabályoz, azaz egy előírt egyensúlyi állapot fenntartását célozza. A negatív (vagy más néven belső) visszacsatolás biztosítja, hogy a szabályozott rendszer kimeneti értéke a szabályozó rendszer előírt értékét vegye fel. A szabályozás alapesetének elvi sémája az 1.11. ábrán látható. Zavaró jelek Bemenet

Szabályozott rendszer

Kimenet

Szabályozó rendszer

1.11. ábra A szabályozás hatásmechanizmusa A szabályozott és a szabályozó rendszer között zárt hatáskapcsolat áll fenn a következők szerint: ♦ a szabályozott rendszert a környezetből különböző hatások érik, melyek a szabályozott rendszer bemeneteit képezik; ♦ a szabályozott rendszer a bemenő jeleket átalakítja (transzformálja) kimenő jelekké a benne végbemenő folyamatok révén; ♦ a szabályozott rendszert a környezetből zavaró jelek érik, melyeknek hatására a folyamat a kívánttól eltérő kimenetet állíthat elő; ♦ a szabályozó rendszer ellenőrzi a szabályozott rendszer kimenetét, azaz méri a folyamat állapotát, eredményét; ♦ abban az esetben, ha a folyamat kimeneti értéke eltér az előírt értéktől, a szabályozó rendszer beavatkozik a szabályozott rendszer tevékenységébe. Mind a szabályozó, mind pedig a szabályozott rendszerben sajátos transzformáció megy végbe. Megkülönböztetés végett jelöljük a szabályozott rendszerben (operátorban) végbemenő transzformációt S, a szabályozó rendszerben (regulátorban) végbemenő transzformációt R betűvel. A transzformációt leképzési függvény formájában is megadhatjuk. Az operátor transzformációját leíró leképzési függvény (ha a beavatkozástól eltekintünk):



22

y = S∗x ahol:

x = a bemenő jel y = a kimenő jel S = transzformációs mátrix

A regulátor az operátor kimenő jelét kapja meg bemenő jelként, és amennyiben szükség van beavatkozásra, úgy ezen y bemenő jelet transzformálja kimenő jellé. Ez azután az operátor bemenő jele lesz, amelyet az egyszerűség kedvéért jelöljük Δx-szel. Ezek után felírható a regulátor transzformációja a Δx = R∗y leképzési függvénnyel. Nézzük meg ezután az operátor működését abban az esetben, ha a regulátor működik! Ekkor a rendszer transzformációját az y = S∗(x+Δx) leképzési függvény szemlélteti. Az elmondottakra vonatkozó összefüggések az 1.12. és 1.13. ábrán láthatók. Zavaró jelek Bemenet +

S

Kimenet

R

1.12. ábra Transzformációs összefüggés A 1.12. ábra + jele azt mutatja, hogy a szabályozó rendszer beavatkozása szuperponálódik a szabályozott rendszer bemenetére. x

+

y = S * (x + Δ x)

y

Δ x=R*y

1.13. ábra Leképzési függvény Most vizsgáljuk meg az előbb felírt, az 1.13. ábrán szemléltetett leképzési függvényeket! Ha az y = S∗(x+Δx) összefüggésben szereplő Δx helyére az R∗y kifejezést helyettesítjük, akkor az y = S∗x + S∗R∗y kifejezéshez jutunk, amiből y kifejezhető. A kapott összefüggés:


y=


23

S x, 1 − S∗ R

ami a szabályozás alapképlete néven ismert. Ezen formulában az

S 1 − S∗ R tényező a szabályozási rendszer átbocsátóképességét jelenti. A szabályozás alapképlete segítségével meghatározható az is, hogy mekkorának kell lennie x bemenő értékének ahhoz, hogy adott S és R transzformációk mellett a kimenő érték y = z értéket - az alapértéket - vegyen fel. Ha az alapképletben y helyébe z-t helyettesítünk és kifejezzük ebből az x-et, akkor az

x=

1 − S∗ R z S

összefüggést kapjuk. Ha viszont az x bemenő érték adott, akkor azt határozhatjuk meg, hogy milyennek kell lennie az R transzformációnak ahhoz, hogy a z alapértéket kapjuk meg. Az alapképlet megfelelő átrendezésével az

R =

z − S∗ x S∗ z

összefüggést nyerjük. A szabályozásnak az előzőekben ismertetett alapformán kívül még számos módozata ismert. Az 1.14. ábrán ezekből mutatunk be néhányat. A szabályozással az az alapvető célunk, hogy a szabályozott rendszer kimeneti y értéke az előírt z alapértéket felvegye. Attól függően, hogy ez az alapérték állandó vagy változó, a szabályozás két fő típusát különböztetjük meg: az értéktartó és a követő szabályozást. Az értéktartó szabályozás esetén a szabályozás célja a folyamat adott kimeneti értékének stabilan tartása. Ilyenkor az alapjelképző szerv mindig ugyanazt az alapjelet adja ki. Az alapjelképző szerv bemenő jelét ez esetben beállító jelnek nevezzük.


R


R

S Kompenzáló (passzív) szabályozás

R

S Visszacsatolásos szabályozás M

24

S Kombinált szabályozás

Jelölések: S = szabályozott objektum R = szabályozó szerv M = módosító szerv

R

S Módosítható teljes szabályozás

1.14. ábra A szabályozás néhány alaptípusa Követő szabályozásról akkor van szó, ha az irányítás célja a folyamat kívánt módon való megváltoztatása. Itt a szabályozott folyamat előírt értéke nem állandó, hanem változó. Az alapjel a szabályozás során változik, mégpedig valamilyen más jellemző, az ún. vezető jel vagy vezérérték függvényében. Ez a változó érték leggyakrabban az idő. Attól függően, hogy az alapjel minek a függvényében módosul, két alaptípust különböztetünk meg:

- a programvezérlésű szabályozást és - a nyomonkövető szabályozást. A programvezérlésű szabályozásnál a szabályozott folyamat előírt értéke az idő függvényében változik (a vezérlési program alapján), míg a nyomonkövető szabályozásnál valamilyen más tényező függvényében módosul. 1.5.3. A kibernetika Norbert Wiener (1894-1964) elsőnek vette észre, hogy a technikában, az élő szervezetekben és a társadalomban végbemenő irányítási folyamatokban sok közös vonás van. Ez indította arra, hogy 1948-ban megjelent könyvében egy új tudományos irányzat kialakítását javasolja, amelyet kibernetikának nevezett el. Ezt az ógörög szóból (kübernétész = kormányos) származó kifejezést Wiener az ókori filozófusoktól vette át, akik az emberek, a társadalom irányításának művészetét értették alatta.



25

Wiener a kibernetikát a következőképpen definiálta: A kibernetika a gépekben és az élő szervezetekben végbemenő közlés, vezérlés és szabályozás tudománya.

A kibernetikai kutatás tárgyai tehát az emberekből és gépekből vegyesen alakuló rendszerek is, ha ezekben a közlés, a vezérlés és a szabályozás műveleteit emberek, vagy emberi kollektívák gépek segítségével valósítják meg. Természetesen Wiener munkája azóta alapjává vált egy dinamikusan fejlődő tudománynak. Idézett műve alapján nagyon sokan fogtak hozzá ezen terület kutatásához, s gazdagították az e téren felhalmozott ismeretek körét. A kibernetika még ma sem lezárt tudomány, nincs kialakult egységes elmélete. Ez jól tükröződik a kibernetikát definiálni igyekvő megfogalmazások sokféleségében is. Napjainkban, Magyarországon, a Magyar Tudományos Akadémia által elfogadott definíciót tekintjük mértékadónak, mely szerint a kibernetika a vezérlésnek és a szabályozásnak, továbbá az információk ezzel kapcsolatos gyűjtésének, továbbításának, tárolásának, feldolgozásának és felhasználásának azon általános törvényszerűségeit kutató tudomány, mely törvényszerűségek a vezérelt és szabályozott anyagi rendszerek legkülönbözőbb mozgásformái esetén, a mozgásformák specifikus mozgástörvényeivel együttes hatásban érvényesülnek.

Ilyen felfogásban a kibernetikának három fő ága van: - az elméleti, - a technikai és - az alkalmazott kibernetika. Az elméleti kibernetika az irányítási rendszerek olyan tulajdonságait és működési törvényszerűségeit tanulmányozza, amelyek függetlenek e rendszerek tényleges anyagi megjelenési formájától. A kibernetikának ezen ága az irányítás feladatainak matematikai és logikai megoldásával foglalkozik. A technikai kibernetika feladata az elemek és szerkezetek, különösen az automatikus vezérlő- és szabályozó berendezések és a nagysebességű, nagyteljesítményű számítógépek tervezése. Az alkalmazott kibernetika az emberi tevékenység különböző területein jelentkező irányítási feladatok megoldására alkalmazza a kibernetika elméleti alapjait és technikai eszközeit. Természetesen ez a felosztás csak a kontúrvonalakat határozza meg. Az említett három ág ugyanis egymással is, de a meglévő egyéb tudományterületek egész sorával is határos és összefügg.



26

1.6. A rendszerek osztályozása Az áttekinthetőség érdekében a rendszereket célszerű különféle szempontok alapján csoportosítani. Természetesen a csoportosítást - mint általában az anyagi valóság minden más területén - igen sok ismérv szerint végezhetjük el. Az általunk vizsgálandó szempontok bizonyos mértékig szubjektív választást tükröznek, ugyanakkor nagyon is célirányosak, mivel a későbbiek során vizsgálandó gazdasági rendszerek pontosabb körülhatárolását teszik lehetővé. Ennek megfelelően a rendszereket a következő szempontok alapján fogjuk osztályozni: -

a külvilággal való kapcsolatuk alapján, működésük determináltsága alapján, szervezettségi fokuk és bonyolultságuk szerint, létrejöttük módja alapján, szerkezetük jellege szerint. A rendszerek kapcsolata a külvilággal

Ezen szempont alapján háromféle rendszert különböztetünk meg. a.) Izolált rendszer

A teljesen (abszolút) izolált rendszer nem érintkezik a környezetével. Azzal sem anyagot, sem energiát nem cserél. Mivel az ilyen rendszerek számunkra megismerhetetlenek, így velük érdemben foglalkozni nem lehet és nem is érdemes. b.) Teljesen nyitott rendszer

Az abszolút nyitott rendszer minden környezeti hatást - megkülönböztetés nélkül felvesz. Az ilyen rendszer léte formális, mivel gyakorlatilag nem különböztethető meg környezetétől. c.) Viszonylag zárt rendszer

A valóságos rendszerek a környezetből csak bizonyos hatásokat vesznek fel; csak bizonyos hatásokkal szemben nyitottak, más vonatkozásban zártak. Ezek a rendszerek csak meghatározott ki- és bemeneteken keresztül érintkeznek a külvilággal. Bizonyos hatásokat ki-, illetve beengednek, míg másokat nem. Mivel az ilyen rendszer bizonyos vonatkozásban nyitott, más vonatkozásban viszont izolált, ezért nevezzük ezeket a rendszereket viszonylag zárt (vagy viszonylag nyitott) rendszereknek. Ez a relatív izoláltság különféle módokon jelenhet meg. A rendszer lehet a hatások bizonyos fajtáival szemben zárt, másokkal szemben pedig nyitott. Pl. az információs rendszer az információval szemben nyitott, míg a matériával és az energiával szemben zárt.



27

A legtöbb rendszer az őt érő hatásoknak csak megadott határérték feletti értékeire reagál, úgynevezett ingerküszöbe van. Ez a biológiai és társadalmi rendszerekre feltétlenül érvényes. Végül maga a rendszer is diszkriminál az őt érő hatások között: vannak, amelyeket beenged, s vannak, amelyeket nem. A kiválasztás ismérve elsősorban az, hogy a környezeti hatás érdekes-e a rendszer működése szempontjából. (Téglagyár ritkán vásárol kukoricát, ha mégoly olcsón kínálják is!) A rendszerek működésének determináltsága

A rendszer viselkedésétől függően beszélhetünk determinált és valószínűségi rendszerről. A rendszer determinált, ha ugyanolyan behatásra mindig ugyanolyan választ ad. Minden más esetben valószínűségi (sztochasztikus) rendszerről beszélünk. Ugyanaz a rendszer bizonyos szempontból lehet determinált, míg valamely más szempontból lehet valószínűségi. Például egy töltőtoll az előírt módon használva nyomot hagy a papíron, így ebből a szempontból determinált. Abból a szempontból azonban, hogy mikor fogy ki belőle a tinta, már valószínűségi. A rendszerek szervezettségi foka

A rendszert alkotó elemek között lévő kapcsolatok és állapotok szerint a rendszerek egyszerűek vagy különböző mértékben bonyolultak lehetnek. Egyszerűek azok a rendszerek, amelyek egyféle kapcsolatokat tartalmaznak, s az elemek lehetséges állapotai viszonylag kisszámúak. Minél többfajta kapcsolat lehetséges az elemek között, annál több a rendszer lehetséges állapotainak a száma, a rendszer annál bonyolultabb. A bonyolultság fokának növekedése a rendszer és környezete kapcsolatában is érzékelhető. A bonyolultság egy bizonyos fokán túl már csak valószínűségi rendszerekkel találkozunk. A nagyon bonyolult valószínűségi rendszerek pedig csak akkor tudnak környezetükhöz tartósan alkalmazkodni, ha kialakul bennük egy olyan funkció, az irányítás, amely képes a rendszer működését a változó körülmények között is stabilizálni, vagy szükség szerint átalakítani. A fentiek alapján kétféle rendszert fogunk megkülönböztetni, a rendezett és a szervezett rendszereket. a.) Rendezett rendszerek

A szervezettség legalsó fokán állnak a belső szabályozás nélküli rendszerek. Az ilyen rendszer csak egészen merev viselkedésre képes, konstans paraméterként kívülről előírt kimenet előállítása érdekében működik. Zavaró hatások önálló elhárítására nem képes, e célból kívülről kell beavatkozni. Az ilyen rendszereknél az elemek kapcsolatai csak előre meghatározott alakzatokat vehetnek fel, ami miatt ezen rendszereket rendezett rendszereknek nevezzük.



28

b.) Szervezett rendszerek

Azokat a rendszereket, melyeknek elemei a működés során, a pillanatnyi helyzettől függően, olyan fajta változó kapcsolatba kerülhetnek egymással, melyet az elemek egy részének bizonyos fokú önállósága tesz lehetővé, szervezett rendszereknek nevezzük. Természetesen a szervezettségnek különböző fokozatai léteznek. Mindegyik közös jellemzője azonban, hogy szabályozott és szabályozó alrendszerekből, illetve részrendszerekből állnak. Melyek a szervezett rendszerek altípusai? b1.) Egyszerű szervezett rendszerek

A legalacsonyabb szervezettségi fokon álló rendszer az, amely egyetlen szabályozási körből (elemi blokkból) áll. Ez esetben a rendszer célja, valamint az ennek megfelelően előírt értéke is kívülről adott. Vagyis ez a rendszer nem képes többre, minthogy egy kívülről adott teljesítmény-követelményre automatikusan beszabályozza a rendszer működését, s kiküszöbölje a bárhonnan érkező zavaró hatásokat. Az ilyen rendszerekre jó példa a gépkocsik termosztátja, az automatikus vízhőfok szabályozó berendezés, vagy pedig a homöosztát, a magasabb szervezettségű élőlényekbe beépített automatikus mechanizmus, amely a rendszer bizonyos jellemző értékeit (pl. testhőmérséklet) adott szinten tartja. Természetesen napjainkban kiemelt jelentősége van az ilyen rendszereknek, melyeknek a csúcspontját az automatizált termelési technológiák jelentik. b2.) Bonyolult szervezett rendszerek

Mint azt már eddig is láttuk, a szervezett rendszerek valamilyen cél elérése érdekében, annak tudatában működnek. Szemben az egyszerű szervezett rendszerekkel, a bonyolult szervezett rendszerek ezt a célt (vagy célokat) saját maguk határozzák meg, s ehhez igazítják a rendszer működési algoritmusait, esetleg struktúráját is. A rendszer működési célja egyben ismérvet is ad a rendszer teljesítményének megítéléséhez is, vagyis ahhoz, hogy milyen mértékben és milyen jól közelíti meg a rendszer, működése révén, a rendszer kitűzött célját. A bonyolult szervezett rendszereknek további csoportjait lehet megkülönböztetni a bonyolultság mértéke alapján. Így megkülönböztetünk: - önszabályozó rendszereket, - önszervező rendszereket és - hierarchikus rendszereket. Az önszabályozó rendszer saját maga ítéli meg teljesítményét, és a jobb teljesítmény érdekében saját maga változtat a rendszer transzformációs szabályain.



29

Az ilyen rendszerben az irányítási beavatkozás a kívánt és a tényleges állapot közötti eltérés csökkentésére irányul. Az önszervező rendszer - a fentieken túlmenően - saját struktúráját is képes megváltoztatni. Az ilyen rendszerek tulajdonságaik és struktúrájuk megváltoztatása révén tudnak környezetükhöz alkalmazkodni. Az önszervező rendszer egyben önszabályozó is. Az önszervező és az önszabályozó rendszereket tanuló vagy adaptív rendszernek is szokás nevezni. Hierarchikus rendszereknek a többszintű irányítással rendelkező rendszereket nevezzük. Ezen rendszerekben az irányítást végző szervek több szinten helyezkednek el, s ennek megfelelően alá- és fölérendeltségi viszonyban vannak. A hierarchikus rendszerek is lehetnek öntanuló és önszervező rendszerek (pl. ilyenek a vállalatok). A rendszerek létrejöttének módja

A rendszereket keletkezésünk alapján két csoportba sorolhatjuk - természetes és - mesterséges rendszerek. A természetes rendszernek az ember tudatos tevékenysége által létrehozott rendszert nevezzük. Jellemzőjük az, hogy mindig valamilyen cél elérése érdekében hozzák létre őket. A rendszer célja tehát egyben keletkezésének oka is. A mesterséges rendszereknek további két csoportját különböztetjük meg: - a materiális és - az absztrakt rendszereket. A materiális rendszerek mindig felfoghatók az anyagi valóság objektíve körülhatárolható részeként, míg az absztrakt rendszereknek nincs anyagi tartalmuk, azok csupán az anyagi világ visszatükröződései. Az absztrakt rendszerek között kiemelkedő fontosságúak a logikai és matematikai rendszerek, valamint a materiális rendszereket közvetlenül tükröző modellek. A rendszerek csoportosítása szerkezetük jellege alapján

Szerkezetük jellege szerint a rendszereket három csoportba osztjuk: - a szervetlen természetben kialakult rendszerek, - az élő szervezetek és közösségeik, - az emberekből és eszközeikből álló rendszerek. A továbbiakban főként az emberekből és eszközeikből álló bonyolult szervezett rendszerekkel, a szervezetekkel - azon belül is elsősorban a gazdasági tevékenységet megvalósító rendszerekkel - fogunk foglalkozni.



30

ÖNELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Mit értünk a rendszer fogalmán, elem, alrendszer és részrendszer viszonyán? 2. Melyek a hatásláncokban megjelenő fontosabb kapcsolattípusok? 3. Mit értünk a rendszer környezetén? 4. Mit jelent a folyamatok dualitása? 5. Ismertesse az információ fogalmát, s mutassa be a főbb információszerzési módszereket! 6. Melyek a modellezés sajátosságai, előnyei, hátrányai! 7. Milyen fontosabb modelltípusokat különböztetünk meg? 8. Fogalmazza meg a kibernetika fő feladatát! 9. Melyek a rendszerek irányításának főbb műveletei? 10. Magyarázza el a vezérlés hatásmechanizmusát! 11. Magyarázza el a szabályozás hatásmechanizmusát, működési elvét és matematikai modelljét! 12. Melyek a rendszerek csoportosításának főbb szempontjai? 13. Melyek a szervezett rendszerek főbb jellegzetességei? 14. Milyen főbb csoportjai vannak a szervezett rendszereknek?

Környezeti menedzsment rendszerek I

Recommend Documents