51

1. СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Основные определения и понятия

теории управления

1. Управление – процесс выработки и осуществления управляющих воздействий. Выработка управляющих воздействий включает сбор, передачу и обработку необходимой информации, принятие решений, обязательно включающее определение управляющих воздействий. Осуществление управляющих воздействий включает передачу управляющих воздействий и при необходимости преобразование их в форму, непосредственно воспринимаемую объектом управления.

2. Объект управления – это объект, для достижения желаемых результатов функционирования которого необходимы и допустимы специально организованные воздействия. Объектами управления могут быть как отдельные объекты, выделенные по определенным признакам (например, конструктивным, функциональным), так и совокупности объектов – комплексы. В зависимости от свойств или назначения объектов управления выделяются технические, технологические, экономические, организационные, социальные и другие объекты управления и комплексы.

3. Цель управления – это достижение желаемых результатов функционирования объекта или комплекса за счет изменения значений или соотношений координат процессов в объекте управления или за счет изменения координат процессов во времени.

4. Система управления – представляет собой совокупность объектов управления и управляющей системы (устройства управления), действие которой направлено на поддержание или улучшение работы объектов управления.

5. Структура системы управления – совокупность и характер связей и отношений между элементами (подсистемами) системы управления.

1.2. Механизация и автоматизация производственных процессов

Производственный процесс в машиностроении представляет собой организованную и упорядоченную последовательность действий рабочих операций и операций управления.

Рабочие операции – это действия, непосредственно необходимые для выполнения производственного процесса в соответствии с теми природными законами, которыми определяется ход производственного процесса. Рабочие операции можно разделить на четыре типа:

• технологические, которые имеют место при взаимодействии материала с рабочим инструментом или с рабочей физико-химической средой;

• транспортные, т. е. операции перемещения обрабатываемого изделия (детали) и инструмента;

• установочные, т. е. операции установки изделия (детали) и инструмента;

• операции обслуживания (обычно внецикловые).

Замена труда человека в рабочих операциях техническими устройствами называется механизацией.

Цели механизации:

• высвобождение человека в тяжелых операциях, требующих больших затрат физической энергии (подъем грузов, земляные работы и т. д.);

• высвобождение человека во вредных операциях;

• высвобождение человека от выполнения «рутинных» (однообразных, утомительных для нервной системы) операций, таких как завинчивание однотипных винтов при сборке, заполнение типовых документов и т. д.

Для правильного и качественного выполнения рабочих операций необходимы сопровождающие их операции управления, которые обеспечивают:

• начало, порядок следования и прекращение работы операций;

• выделение необходимых ресурсов для выполнения рабочих операций;

• придание параметрам процесса требуемых значений.

Совокупность операций управления образует процесс управления.

Увеличение степени механизации по мере технического процесса не только все в большей степени освобождает человека от работы с помощью ручного инструмента и присущих подобной работе навыков, но и увеличивает производительность производства. Однако попутно с процессом освобождения человека от непосредственного выполнения операций возрастает его роль в управлении. Это обусловлено следующими причинами:

• расширением и увеличением парка используемого технологического и энергетического оборудования;

• интенсификацией и усложнением производственного процесса;

• применением все более разнообразных и специализированных примеров и методов обработки и т. д.

Эти причины являются основными предположениями к автоматизации производственного процесса.

Операции управления делятся на собственно операции управления (в более узком смысле) и операции контроля.

Процесс управления всегда включает в себя оба класса операций управления, так как вначале контролируется (наблюдается) состояние процесса и по результатам этого наблюдения (т. е. по полученной информации) вырабатываются и осуществляются операции управления.

Собственно операции управления делятся:

• на операции нормального управления, т. е. управление качественными и количественными показателями единичных производств, их сочетание и координация в сложный составной процесс;

• настроечно‑регулировочные операции, т. е. предварительное приспособление про­цесса к выполнению заданных требований (по операциям, допускам, предельным значениям отдельных показателей и т. д.).

Таким образом, первая группа операций управления обеспечивает управление процессом в режиме нормального функционирования, а вторая в режимах наладки и подготовки оборудования к автоматизации.

Операции контроля выполняют следующие функции: проверка соответствия результатов контроля заданным требованиям; управление процессом в аварийных режимах (защита, блокировка, отключение процесса и т. д.).

Замена труда человека в операциях управления техническими устройствами называется автоматизацией.

Цели автоматизации производственного процесса:

• повышение общественного производства и рост производительности труда;

• освобождение человека от управления во вредных и опасных для человека операциях;

• временное взаимосвязанное протекание процессов в технологических циклах;

• освобождение человека от трудоемких операций управления.

Необходимо отметить, что без решения задач механизации невозможна и автоматизация производственного процесса, т. е. механизация первична, а автоматизация вторична.

1.3. Классификация систем управления

производственными процессами

При классификации систем управления используются следующие признаки: степень автоматизации; характер функционирования; степень сложности; структура и некоторые другие.

1.3.1. Классификация систем управления

по степени автоматизации

На степень автоматизации систем управления существенное влияние оказывают:

• степень механизации производственного процесса;

• затраты на автоматизацию управляющих функций;

• наличие автоматических устройств и приборов.

В зависимости от степени автоматизации системы управления производственными процессами делятся:

• на системы ручного управления;

• системы автоматического управления (САУ);

• автоматизированные системы управления (АСУ).

К системам ручного управления относятся системы управления, в которых все функции управления выполняет человек. В системах ручного управления человек сопоставляет результаты контроля выходных переменных производственного процесса с требуемыми значениями, принимает решение и через рабочие органы управляет объектом.

К САУ относятся системы управления, в которых все функции управления выполняются техническими устройствами без участия человека. В САУ устройство управления в зависимости от значений выходных переменных вырабатывает сигналы управления на рабочие органы. Однако сложность производственного процесса, отсутствие либо недостаточное количество датчиков и других устройств автоматизации привели к тому, что до настоящего времени САУ не нашли достаточного применения в машиностроительном производстве.

К АСУ относятся системы управления, в которых автоматизирована только часть функций управления, а другая часть (причем более ответственная) выполняется человеком. В АСУ в контур управления введен человек – оператор. В этих системах управления существенное значение имеет распределение функций между человеком и устройством управления.