Применение информатики, математические модели и методы в управлении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

информатика математический модель компьютер

Область знаний, которую сейчас изучает информатика, является очень широкой. Существуют десятки определений самого термина «информатика», подчас довольно противоречивых. Их дают философы, математики, программисты, специалисты, работающие во многих других отраслях. Сам термин «информатика» в том смысле, в котором он сейчас используется, возник в начале 60-х годов во французском языке (informatique). Его появление связано с широким внедрением средств вычислительной техники в различные области человеческой деятельности. В нашей стране трактовка термина информатики утвердилась с момента принятия решения в 1983 году на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации.

Поскольку информация в связи с научно-технической революцией приобрела исключительное значение в жизни общества, то вполне закономерно, что сама она с определенного времени стала объектом изучения, объектом научных исследований. Диалектико-материалистическое понимание соотношения науки и общества исходит из того, что человеческое познание в общем определяется практическими потребностями общества. Как реализация одной из этих потребностей и появилась область науки, изучающая научную информацию. Эта область науки называется информатикой.

Информатика - сравнительно молодая, бурно развивающаяся научная дисциплина. Предмет исследования ее постоянно уточняется. По этой причине разными учеными предлагались различные определения информатики. Известные советские ученые А.И. Михайлов, А.И. Черный, Р.С. Гиляровский дают следующее определение информатики: «Информатика - это научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации». Один из выдающихся программистов и математиков А.П. Ершов предполагает, что термин «информатика» должен играть роль связующего звена между двумя понятиями - вычислительная техника и автоматизация, т.е. обозначать название науки, снабжающей нас знанием о применении вычислительной техники для нужд автоматизации.

Большое значение на современном этапе развития имеют математические модели и методы, которые издавна широко применяются в различных областях знаний и существенно ускоряют те или иные процессы, а также изучение какого-либо объекта или явления.

Цель работы - выяснить, как применяется информатика, математические модели и методы в управлении.

Тема является актуальной сегодня, так как информатизация и компьютеризация коснулись практически всех субъектов народного хозяйства. Становиться интересно, в каких областях используются информатика, где получили большое распространение математические модели и методы.

Данная работа состоит из введения, трех частей, заключения. В конце приводится список литературы.

Во введении ставятся цель изучения работы и актуальность темы.

В первой главе раскрывается понятие информатики как науки, ее основные направления, задачи и общее применение информатики.

Во второй главе приводятся понятие и описание построения математических моделей, даны математические методы и их характеристики.

В третьей главе рассматривается теория управления и связь ее с информатикой и с математическими моделями и методами.

В заключении приводятся выводы по изученной теме.

Часть 1. Информатика как наука

1.1 Понятие информатики и ее задачи

Что же такое «информатика»? По-видимому, в отечественной научной литературе пока еще не сложилось окончательное определение этого понятия. Авторы дают различные формулировки. Приведем одно из них.

Информатика - это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения. Кроме того, это наука, изучающая информацию и ее свойства. Информатика призвана играть обеспечивающую роль, оказывать помощь другим наукам и областям человеческой деятельности.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware). В свою очередь, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку и как прикладную дисциплину.

С самого зарождения информатики был предопределен ее особый интерес к сущности информации как таковой, к ее природе, к определению содержания и объема понятия информации. Хотя сама эта проблема выходит за рамки информатики, являясь объектом философских исследований, информатика никак не могла остаться к ней равнодушной, без соотнесения с общим понятием информации невозможно глубокое познание одного из ее видов - информации научной. Иными словами, чтобы успешно заниматься информатикой, т. е. решать поставленные перед ней задачи, необходимо достаточно знать и об информации вообще.

В последние годы быстро увеличивается число ЭВМ и систем, возрастают их производительность и объемы хранимой информации. В ряде наиболее развитых стран примерно половина рабочих мест приходится на эту сферу. Информатика ныне становится важнейшей основой жизнедеятельности современного общества. Она тесно связана с другими науками, техникой, экономикой, политикой, управлением и оказывает на их развитие непосредственное влияние.

Каковы же задачи информатики?

– Исследование информационных процессов любой природы;

– Разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

– Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечение эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Исходя из задач, которые выполняет информатика, можно выделить несколько ее направлений.

1.2 Основные направления информатики

Основные направления информатики включают в себя:

Теоретическая информатика. Это математическая дисциплина, она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики.

Программирование. Эта дисциплина полностью связана с вычислительными машинами. Включает создание отдельных программ и пакетов прикладных программ, разработку языков программирования, создание операционных систем, организацию взаимодействия компьютеров с помощью протоколов связи.

Искусственный интеллект (ИИ). Основная цель работ в области ИИ - проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. ИИ занимается теоретическими и прикладными вопросами. Например, робототехникой (создание роботов), созданием баз знаний и экспертных систем на основе этих баз знаний.

Информационные системы (ИС). Человеко-машинные системы, предназначенные для хранения, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

Вычислительная техника. Развитие вычислительной техники - это самостоятельное направление, в котором часть задач не имеет прямого отношения к информатике (микроэлектроника). Однако при разработке, проектировании и производстве компьютерной техники наиболее широко используются достижения информатики.

В отдельную отрасль следует выделить науку кибернетику, тесно связанную с информатикой. Кибернетика - это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Однако между этими двумя дисциплинами есть различия. Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Поэтому может сложиться впечатление об информатике как о более емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер. Между этими двумя дисциплинами провести четкую черту не предоставляется возможным в связи с ее размытостью и неопределенностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

Стоит отметить, что информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. Следовательно, следует определить области ее применения.

1.3 Применение информатики

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применение количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений.

Сферы применения информатики достаточно многообразны. Это и инженерно-конструкторская, банковская деятельность, предпринимательская деятельность, строительство, статистика, бухгалтерский учет, связь и телекоммуникации и т. д.

Наибольшее применение информатика находит в экономике и управлении (статистика и нахождение оптимальных решений); физике и технике (от расчетов к автоматизации различных процессов). Наблюдается проникновение информатики в неформализованные науки. Превращение неформализованных наук (медицины, биологии т. п.) в точные - это основная задача информатики. Необходимо широкое внедрение математических методов в эти области. С помощью методов информатики, математических моделей возможны открытия в других областях.

Информатика - наукоемкая отрасль. Это значит, что она находиться на самом «острие» научных достижений и впитывает все новейшие достижения микроэлектроники, техники связи, математики. Поэтому информатику часто называют катализатором технического прогресса.

Сейчас можно говорить о том, что не одно предприятие, учреждение, фирма не может обходиться без компьютеризации, ведь это существенно облегчает работу, минимизирует издержки и позволяет развиваться, искать какие-то новые идеи и стремиться к лучшим результатам.

Часть 2. Математические модели и методы

2.1 Понятие математических моделей и методов

При решении задач в различных областях деятельности приходится строить различные модели. Моделью называется материальный или идеальный образ некоторой совокупности реальных объектов или явлений, который при определенных обстоятельствах используется в качестве заменителя или представителя исходных объектов. В информатике рассматриваются в основном информационные и математические модели.

Понятие математической модели очень близко к понятию информационной модели, и многие специалисты рассматривают математическую модель как специфический, частный случай информационной модели.

В общем случае под математической моделью понимают совокупность уравнений, неравенств, и других математических формул, отражающих наиболее существенные черты какого-либо реального объекта, процесса или явления. Другими словами, вместо реальных вещей мы оперируем математическими символами.

Характерной чертой математической модели является необходимость привлечения математических соотношений для адекватного описания рассматриваемых явлений или связей между объектами. Математическая модель построена так, чтобы, решая ее, можно было получить исчерпывающее описание исследуемого объекта или явления.

Основное свойство правильно построенной математической модели заключается в том, что она позволяет не только описать поведение объекта, но и предсказать, как будет он вести себя в определенных ситуациях.

Как строиться математическая модель? Правильно построить математическую модель - один из самых важных этапов исследования объекта. Как правило, в процесс составления модели участвуют математики и специалисты той отрасли, к которой принадлежит исследуемый объект. На первом этапе необходимо определить основные свойства объекта и построить их математическое описание. Один и тот же объект может описываться различными моделями, отличающимися, например, степенью детализации описания его свойств. Так как математическая модель строиться на некотором упрощенном описании объекта, то результаты, полученные при анализе модели, носят приближенный характер. Степень адекватности модели и объекта определяет и степень точности полученных результатов. Если объект плохо изучен, то степень адекватности определяется через сопоставление имеющихся наблюдений и полученных расчетных данных. Критерием соответствия является практика в самом широком смысле этого слова. В случае необходимости можно уточнить первоначальную математическую модель объекта.

Более полно представить математическую модель помогает так называемый метод математического моделирования. При математическом моделировании абстрагируются от конкретной физической природы объекта и происходящих в нем процессов и рассматривают только преобразование входных величин в выходные. Анализировать математические модели проще и быстрее, чем экспериментально определять поведение реального объекта в различных режимах работы. Кроме того, анализ математической модели позволяет выделить наиболее существенные свойства данной системы, на которые надо обратить особое внимание при принятии решения. Дополнительное преимущество состоит в том, что при математическом моделировании не представляет труда испытать исследуемую систему в идеальных условиях или наоборот в экстремальных режимах, которые для реальных объектов или процессов требуют больших затрат или связаны с риском.

Применение метода математического моделирования позволяет находить лучшие решения в области управления, выявляя возможные их результаты не непосредственно в ходе производства, а в процессе предварительных расчетов, что предупреждает многие ошибки и потери в производстве.

Математический аппарат, применяемый при построении моделей, весьма разнообразен. Кроме классических разделов математического анализа (дифференциальное и интегральное исчисление) широко используются современные разделы математики, в которых изучаются методы, позволяющие находить оптимальные решения: линейное, нелинейное и динамическое программирование. Для анализа многих операций применяют аппарат теории вероятностей. Это вызвано тем, что исследования проводятся в условиях, определенных не полностью, зависящих от случайных причин. В тех случаях, когда в центре внимания находятся вопросы динамики явлений, широко применяют аппарат дифференциальных уравнений, а в более сложных случаях используется метод статистического моделирования.

Кроме этого существуют методы дискретного программирования, которые ориентированы на решение задач оптимизации с целочисленными переменными; сетевые методы, которые применяются там, где есть возможность четко структурировать управляемый процесс в виде графа, описывающего взаимосвязи работ, ресурсов, временных затрат и т. д.; математическая статистика, применяемая для решения задач анализа прогнозирования экономических и социальных процессов на предприятиях; эвристические методы и др.

2.2 Применение математических моделей и методов

Математические модели широко применяются в медицине, биологии, химии, физике, начиная с древнейшего ее раздела - механики, истории и т. д.

Одной из главной областью применения математических моделей и методов является экономика.

При нынешних темпах развития производства непрерывно идет процесс взаимодействия всех его составляющих частей. В таких условиях необходимым является вести непрерывное планирование и оперативно управлять всеми звеньями экономики. Использование математических методов и современных компьютерных технологий в экономике не только ускоряет расчеты, но и в десятки, в сотни раз уменьшает время, нужное для этого. При наличии специализированных программ можно проводить так называемое моделирование, пришедшее на замену дорогостоящим поискам ответов и путей решения проблем с помощью проб и ошибок.

В хозяйственной практике, в планово-экономической работе, в теории экономики возникает множество разнообразных задач, которые решают на экономико-математических моделях, если надо достигнуть углубленного понимания реальных хозяйственных процессов. С помощью этих методов можно разрабатывать планы развития производства, давать практические рекомендации по улучшению пропорций экономики и ее отраслей, рационализировать использование материальных и трудовых ресурсов. Анализ математических моделей дает в руки менеджеров и других руководителей эффективный инструмент, который может использоваться для предсказания поведения систем и сравнения получаемых результатов. Моделирование позволяет логическим путем прогнозировать последствия альтернативных действий и достаточно уверенно показывает, какому из них следует отдать предпочтение.

Часть 3. Задачи управления

3.1 Понятие теории управления

В научной литературе встречается следующее определение управления: «Управление - это процесс восприятия и переработки информации». Информация, а, следовательно, и информатика, является основой управления.

Управление предприятием представляет собой совокупность воздействий, призванных обеспечить эффективное с точки зрения заданных целей протекание производственного процесса.

Реализация процесса управления предприятием происходит в рамках системы управления предприятием - структуры, в которой можно выделить объект управления и управляющую часть. Объектом управления является производственный объект. В роли управляющей части на предприятии выступают управленческие службы. В общем виде управление может быть представлено как воздействие управляющей системы на управляемую. От субъекта управления к объекту (исполнителю) поступает управленческая информация - команды управления, в обратном направлении - осведомляющая информация. Т.о. осуществление управления неотделимо от переработки информации, а эффективность управления - от правильной организации информационных процессов.

Управление предприятием происходит во времени, поэтому его следует рассматривать как процесс управления. Структура производственного процесса определяет, в свою очередь, структуру процесса управления. На каждом предприятии можно выделить несколько направлений деятельности (производство, сбыт, снабжение, финансы и т. д.), а в рамках этих направлений - процессы более глубоких уровней, которые также являются объектами управления.

Все частные производственные процессы, вплоть до элементарных, представляют собой управляемые процессы. Управление каждым процессом осуществляется путем реализации функций управления в отдельные дискретные моменты времени. В состав функций управления входят: планирование, учет, контроль, регулирование, анализ. Планирование - это определение поведения управляемого процесса в будущем. Учет - определение фактического состояния управляемого процесса в дискретные моменты времени. Контроль - это определение отклонений между запланированным и фактическим состоянием управляемого процесса. Регулирование - обеспечение функционирования управляемых процессов в рамках заданных параметров. Анализ - это подведение итогов осуществления управляемого процесса за период управления, выявление факторов, повлиявших на степень достижения запланированных результатов.

Повсюду в окружающем нас мире (природе, технике, человеческом обществе) протекают различные процессы, характер которых зависит от множества сопутствующих им условий и факторов. Изменяя условия протекания процессов, человек может влиять на их характер, изменять их, приспосабливать к своим целям. Это вмешательство в естественный ход процесса, изменение естественного хода процесса и представляет собой сущность управления. Таким образом, можно сказать, что управление представляет собой такую организацию, которая обеспечивает достижение определенных целей.

Можно отчетливо различить четыре этапа, характерные для любого процесса управления: появление цели; сбор и обработка информации с целью оценки сложившейся ситуации; принятие решения о наиболее целесообразных действиях; исполнение принятого решения. Иногда бывает необходим еще четвертый этап: контроль исполнения решения.

Имеется много задач, в которых механизмы сбора информации и исполнения принятого решения отработаны настолько четко, что над ними можно совершенно не задумываться при осуществлении процесса управления. В таких задачах все рассмотрение процесса управления сводится, по существу, к рассмотрению только второго этапа. Подобные задачи получили название одноэтапных или одношаговых задач принятия решения. Однако такой подход в большинстве случаев является идеализацией и упрощением реального процесса управления. В действительности все этапы процесса управления находятся в тесной взаимосвязи и этап принятия решения требует более или менее детального рассмотрения возможных способов реализации принятого решения.

Иногда процесс управления разбивается на несколько последовательных шагов, причем решение, принимаемое на каком-либо шаге, зависит от результатов выполнения решения предыдущего шага. Такие процессы называют многошаговыми процессами принятия решения. Примером может служить процесс управления ракетой при запуске ее с Земли на Луну. Здесь могут быть выделены следующие шаги: вывод ракеты на околоземную орбиту, организация движения ракеты в направлении Луны, перевод ракеты па окололунную орбиту, прилунение.

Из приведенного рассмотрения видно, насколько сложными и разнообразными могут быть задачи управления. Однако необходимо учитывать, что на протекание процессов управления оказывают влияние разнообразные внешние факторы, совокупность которых часто называют состоянием природы. Для того чтобы принять правильное решение о тех или иных действиях, нужно оценить результаты этих действий, а для этого необходимо знать характер ситуации, в которой эти действия предпринимаются. Типичным для задач управления является случай, когда имеющаяся информация бывает или недостаточна для точной оценки ситуации, или искажена посторонними факторами. Тем не менее, недостаточность информации не снимает задачи принятия решения. Особенность задач управления именно в том и состоит, что решение должно быть обязательно принято независимо от того, в состоянии ли человек точно оценить результаты, к которым приведет принятое решение. Данная задача получила название задачи принятия решения в условиях неопределенности.

Таким образом, в процессе управления возникает важная задача принятия решения в условиях, когда информация о сложившейся ситуации или недостаточна, или искажена.

3.2 Связь информатики с управлением

Страна развивается, и с каждым годом растет число и сложность задач, которые приходиться решать министерствам и ведомствам различных уровней. Говоря языком информатики, растет интенсивность информационных потоков, чтобы управлять ими необходимо автоматизация управленческих процессов на базе средств информатики.

Информатика, прежде всего, требует, чтобы к созданию организационных автоматизированных систем управления (АСУ) были по-настоящему привлечены, наряду с математиками и технологами, управленцы (так называют в обиходе работников управления), экономисты, бухгалтеры, юристы, - все те, кто определяет назначение систем и пользуется ими.

Применение информатики в управлении очень широко, она охватывает все те области, где требуется работа с большими объемами данных и она призвана освободить человека от рутинной работы, чтобы дать ему возможность заниматься творческой деятельностью. Внедрение АСУ ведет к повышению производительности труда в управленческой деятельности.

Развитие информатики - важнейшее условие повышения действенности правильно организационного управления. Конечно, в первую очередь действенность управления зависит от степени его автоматизации.

Повышение уровня автоматизации управления в так называемых человеко-машинных системах идет и будет далее развиваться более ускоренными темпами в направлении асимптотического сокращения доли участия в управлении человека и соответствующего увеличения доли автоматов. Дальнейшее развитие АСУ следует ожидать в направлении расширения использования в управлении быстродействующей вычислительной техники. АСУ современных предприятий, как правило, строятся на централизованном использовании ЭВМ, сосредоточенных в единых вычислительных центрах.

Средства и методы прикладной информатики используются в планировании, менеджменте, маркетинге и других сферах управления и регулирования деятельности предприятий.

3.3 Математические модели и методы в управлении

Один из мощных инструментов, которым располагают люди, ответственные за управление сложными системами - моделирование. Анализ математических моделей дает в руки менеджеров и других руководителей эффективный инструмент, который может использоваться для предсказания поведения систем и сравнения получаемых результатов. Моделирование позволяет логическим путем прогнозировать последствия альтернативных действий и достаточно уверенно показывает, какому из них следует отдать предпочтение.

Задачу управления очень часто рассматривают как математическую задачу. Однако в отличие от многих других математических задач она имеет ту особенность, что допускает не одно решение, а множество различных решений. Это связано с тем, что в задачах управления имеется, как правило, много способов организации какого-либо процесса, которые приводят к достижению поставленной цели.

Математическое выражение, дающее количественную оценку степени выполнения наложенных на способ управления требований, называется критерием качества управления. Наиболее предпочтительным или оптимальным способом управления будет такой, при котором критерий качества управления достигает минимального (иногда максимального) значения.

Экономико-математические методы и примеры моделирования на их основе экономических расчетов являются лишь прагматическими представителями значительно более широкого перечня алгоритмов, применяющихся в планировании и других экономических расчетах.

Как видно из всего вышесказанного, значение математических моделей и информатики в управлении велико. В ближайшие десять лет мир изменится сильнее, чем за предыдущие пятьдесят. И от того, насколько правильно люди смогут организовать свою жизнь, смогут четко ей управлять, зависит очень многое.

Заключение

Проведенное исследование вопроса применения информатики, математических моделей и методов в управлении позволяет сделать следующие выводы:

1. Информатизация все более охватывает структуры управления и с каждым годом все более находит свое применение в различных органах управлении, будь то маленькое предприятие или целое государство.

2. Введение информатики в управляемый процесс значительно повышает его производительность, снижает затраты и позволяет заниматься новыми идеями, продвижением (себя, своего товара, своей фирмы), т. е. творческой деятельностью - всю «черновую» работу взяли на себя компьютеры.

3. Построение математических моделей и применение математических методов также позволяют наиболее эффективней и качественней управлять системой, внедрять новые техники и технологии в производственный процесс.

Список литературы

1. Автоматизация управления предприятием./Баронов и др. - М.: Инфра-М, 2000. - 239 с.

2. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во «Либерия», 2001. - 536 с.

3. Информатика: Учебник. 3-е перераб. изд./Под ред. проф. Н.В Макаровой. - М.: Финансы и кредит, 2000. - 768 с.

4. Кукин В.И. Информатика: организация и управление. - М.: Экономика, 1991. - 176 с.

5. Лопатников Л.И. Экономико-математический словарь/Словарь современной экономической науки. - М.: Издательство «ABF», 1996. - 704 с.

6. Некрасов В.И., Воронов К.В. Формирование организационных структур управления: учебно-методическое пособие. - Ижевск, 2003. - 68 с.

7. Основы информатики и вычислительной техники: Тексты лекций./Под ред. Е.А. Полищук. - Л.: Изд-во ЛФЭИ, 1990. - 169 с.

8. Решетников В.Н., Сотников А.Н. Информатика - что это?. - М.: Радио и связь, 1989. - 112 с.

9. Семенюк Э.П. Информатика: достижения, перспективы, возможности. - М.: Наука, 1998. - 176 с.

10. Степанов А.Н. Информатика: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб: Питер, 2005. - 684 с.

Размещено на Allbest.ru