8.3 Модели автоматизированных систем управления

Всякая система управления с точки зрения ее функционирования решает три основные задачи: сбор и передача информации об управляемом объекте, переработка информации, выдача управляющих воздействий на объект управления.

Различают два основных типа автоматизированных систем управления: системы управления производственными процессами и системы организационно-экономического или административного управления.

Главные отличия этих двух типов – в характере объекта управления и форме передачи информации.

В системах управления технологическими процессами объекты управления – машины, процессы, приборы, устройства, форма передачи информации – различные сигналы (электрические, механические, световые и др.).

В организационно-экономических и административных системах управления объекты управления – человеческие коллективы, форма передачи информации – документы.

Интегрированные системы управления – объединение систем управления предприятием и технологическими процессами. Им присуще организация информационных процессов на предприятии и организация их выполнения. Объект управления – совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалы, оборудование, энергетические, трудовые, финансовые ресурсы) в готовую продукцию.

Особенности таких систем, обуславливающие их сложность: большое число разнородных элементов и высокая степень их взаимосвязи в процессе производства, неопределенность результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса), нестационарность предприятия (постоянное изменение и развитие предприятия, сложность работы с людьми).

Среди систем управления этого типа могут быть выделены системы управления обслуживанием на транспорте (оперативное обслуживание пассажиров, повышение загрузки транспортных средств, контроль операций и др.), системы контроля (проверка оборудования, диспетчеризация и др.).

Информационные и управляющие системы предприятий и отраслей оперируют интенсивными потоками информации (ввод, переработка, преобразование информации) и структурированы исходя из задач обеспечения информацией и управления.

Осведомительная информация о воздействиях внешней среды поступает к средствам передачи информации, которые ее трансформируют (кодирование, декодирование, задержки во времени, внесение дополнительных ошибок и помех и т.д.) и передают средствам обработки информации (центральным или периферийным). Здесь производится первичная сортировка и местная обработка информации и запоминание ее в устройствах памяти системы управления.

Это позволяет провести окончательную обработку информации, решить задачи планирования работы системы и выработать управляющие сигналы для исполнительных органов.

Исполнительные органы изменяют характеристики управляемых объектов в соответствии с сигналами, полученными от средств переработки информации.

Изменение характеристик управляемых объектов обнаруживают и измеряют датчики информации. Эти отклонения вместе с информацией о новых воздействиях внешней среды используются для выработки новых управляющих сигналов и т. д.

Для математического описания сложной системы с автоматизированным управлением удобно использовать схему агрегатов и агрегативных систем, когда каждый из элементов (датчики информации, средства передачи и т. д.) описывается в виде агрегата, а система в целом - как агрегативная система. В этом случае исчерпывается и вопрос о методике моделирования системы.

Процессы управления во всех случаях характеризуются наличием информационных потоков; однако системы управления, которые связаны с обработкой особенно интенсивных информационных потоков получили название «информационных». Структура этих систем обеспечивает оптимальный сбор, хранение, переработку и выдачу больших массивов информации.

В класс информационных не включаются системы управления технологическими процессами, работающие в истинном масштабе времени с реальными объектами (управление станками, металлургическими процессами, химическими реакторами и т. д.).

К информационным системам обычно относят системы управления крупными предприятиями в целом, решающие задачи перспективного и текущего планирования, а также задачи оперативного управления производством (скорее не на технологическом, а на организационном уровне). Информационные системы более крупного масштаба могут быть использованы для управления группой предприятий, отраслью или экономикой в целом.

Существуют информационные системы и другого целевого назначения: диагностические (как медицинские, так и технические), библиографические, диспетчерские и т. д.

Обобщенная схема процесса, приводящая к решению задачи планирования, имеет следующий вид.

В информационную систему поступают заявки, которые отражают потребность в материально-технических средствах. Эти данные сортируются, суммируются и фиксируются в накопителе системы. Одновременно поступают текущие донесения от потребителей и поставщиков о наличии и движении материально-технических средств, которые также фиксируются в системе.

По имеющимся в системе данным о наличии материально-технических средств производится сопоставление потребностей с имеющимися в наличии материально-техническими средствами в текущем производстве и у потребителей.

С учетом запроса потребителей, наличия материально-технических средств и плана заказов производится оптимальное распределение материально-технических средств (план снабжения).

Модель, предназначенная для оценки качества управления, должна быть моделью системы в целом, достаточно подробно описывающей функционирование как управляющих, так и управляемых объектов.

Модели автоматизированных систем управления производственными процессами

Управление производственным процессом основано на использовании системы автоматизированного управления, целью такого управления является улучшение технических и экономических показателей производственного процесса и предприятия в целом.

Основой создания системы управления предприятием является разработка модели управления производственными процессами.

При выборе структурной схемы и алгоритма управления АСУ ПП существенной является информация о состоянии производственного процесса с учетом его динамических свойств не только в текущий, но и в прошедшие моменты времени.

Большая размерность входов и выходов, сложная структура и неопределенность преобразований входных потоков, случайные изменения преобразований приводят к необходимости применения имитационного моделирования для оценки качества системы управления. Учитываются погрешности измерений, степень достоверности результатов в условиях большого объема информационных потоков, что также требует применения имитационного моделирования.

Модели автоматизированных систем управления предприятием

Предприятие представляется в виде совокупности взаимосвязанных функциональных подсистем и управляющих звеньев, обеспечивающих производственную деятельность.

Подсистемы производственной деятельности обеспечивают выполнение:

- основных производственных процессов по выпуску основной и вспомогательной продукции,

- обслуживающих процессов (ремонтные, энергетические, транспортные службы), процессов развития внедрение новой техники, строительство, интеллектуальные разработки).

Обеспечивающие подсистемы: основные и оборотные фонды (материальные ресурсы многоразового и одноразового использования), трудовые ресурсы (организация труда, зарплата, подготовка кадров), интеллектуальные ресурсы (научные исследования), подсистемы, обеспечивающие финансовую деятельность, маркетинг.

Информационные и управляющие системы таких комплексов оперируют интенсивными потоками информации (ввод, переработка, преобразование) и структурированы исходя из задач информации и управления.

Предприятие рассматривается как динамическая модель системы с управлением, которая объединяет в единой схеме с обратными связями все аспекты функционирования.

Рассматриваются взаимосвязанные потоки: материалов, заказов, денежных средств, оборудования, рабочей силы.

Сущность производственных процессов: преобразование материальных, энергетических, финансовых, трудовых ресурсов в продукт, оцениваемый экономическими показателями (например, себестоимостью). При этом учитываются все возмущения, отклоняющие производственный процесс от заданных условий: возмущающие факторы внешней среды (первичны) и возмущающие факторы, обусловленные внутренними связями.

Возмущающие факторы внешней среды:

- технологические отклонения параметров процессов и средств труда;

- организационные и информационные возмущения, связанные с несовершенством организации производства, планирования, обработки и отображения информации;

- социальные – колебания индивидуальной производительности (заболевания, нарушения дисциплины).

Возмущения, обусловленные внутренними связями:

- организационные и технологические связи: возмущения на входе одного объекта (брак) вызывает возмущение на других объектах;

- возмущения процесса управления: управление одним элементом (устранение возмущения) вызывает возмущение в другом).

Динамическое моделирование предприятия представляет собой изучение деятельности предприятия как информационной системы с обратной связью. На вход производственного процесса поступают ресурсы, на выходе – готовая продукция.

Цель управления - улучшение технических и экономических показателей производственного процесса и предприятия в целом.

Критериями оценки качества управления могут быть себестоимость, качество продукции.

Система управления решает три основные задачи: сбор и передача информации об управляемом объекте, переработка информации, выдача управляющих воздействий на объект управления.

Большая размерность входов и выходов, сложная структура и неопределенность преобразований входных потоков, случайные изменения преобразований приводят к необходимости применения имитационного моделирования для оценки качества системы управления.

Алгоритм управления предполагает установление соотношений между информацией о состоянии процесса, вводимой в управляющее устройство и управляющим воздействием, поступающим из управляющего устройства на вход процесса.

Системы управления производственной деятельностью предприятия основаны на автоматизации информационных процессов предприятия.

Системы управления производством эффективны только при условии создания единой схемы движения информации от первичной до выдачи информации управляющим органам. Для этого необходим единый комплекс взаимоувязанных моделей различных уровней планирования и производства.

Различают два основных типа автоматизированных систем управления: системы организационно-экономического или административного управления и системы управления технологическими процессами.

Главные отличия этих двух типов – в характере объекта управления и форме передачи информации.

В организационно-экономических и административных системах управления объекты управления – человеческие коллективы, форма передачи информации – документы.

В системах управления технологическими процессами объекты управления – машины, процессы, приборы, устройства, форма передачи информации – различные сигналы (электрические, механические, световые и др.).

Интегрированные системы управления – объединение систем управления предприятием и технологическими процессами. Им присуще организация информационных процессов на предприятии и организация их выполнения.

Объект управления – совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалы, оборудование, энергетические, трудовые, финансовые ресурсы) в готовую продукцию.

Особенности таких систем, обуславливающие их сложность: большое число разнородных элементов и высокая степень их взаимосвязи в процессе производства, неопределенность результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса), нестационарность предприятия (постоянное изменение и развитие предприятия, сложность работы с людьми).

Среди систем управления этого типа могут быть выделены системы управления обслуживанием на транспорте (оперативное обслуживание пассажиров, повышение загрузки транспортных средств, контроль операций и др.), системы контроля (проверка оборудования, диспетчеризация и др.).

Информационные и управляющие системы предприятий и отраслей оперируют интенсивными потоками информации (ввод, переработка, преобразование информации) и структурированы исходя из задач обеспечения информацией и управления.

Предприятие представляется как комплекс сетей каналов информации на основе пунктов контроля реальных процессов (производство, сбыт, строительство, наем рабочей силы).

Каждому пункту деятельности предприятия соответствует пункт принятия решений, основанных на информации из внутренних и внешних источников. Принятое решение управляет действием и является источником новой информации.

В каждом из трех элементов (решение – действие – информация) имеют место запаздывания (для выполнения каждого из них необходимо время), выходы их элементов могут быть неадекватны входу (усиления или ослабления), могут быть искажения или шумы. Любая точка системы может быть чувствительнее к одним видам возмущений по сравнению с другими.

Решения принимаются на многих уровнях – системы управления предприятиями имеют иерархическую многомодульную структуру.

Основные этапы создания АСУ:

- технико-экономический анализ и выбор степени автоматизации исходя их целей управления (улучшение технико-экономических показателей производственного процесса);

- моделирование производственного процесса как объекта управления;

- разработка алгоритмов управления (принятия решений) и структуры системы;

- техническая реализация системы.

Между этапами существует связь, что обуславливает циклический характер разработки системы с постепенным усложнением и уточнением модели. Такое комплексное рассмотрение всех этапов представляет собой системный подход к проектированию АСУ.

Большая размерность входов и выходов, сложная структура и неопределенность преобразования входных потоков приводят к необходимости применения имитационного моделирования для оценки качества системы управления.