2.3. Технологический объект управления

Технологическим процессом называется последовательная смена во времени состояний комплекса производственного оборудова­ния, материальных и энергетических потоков, способов обработ­ки или переработки сырья, полуфабрикатов для изготовления го­товой продукции.

Технологический процесс стремятся осуществить по наилуч­шему варианту из множества возможных, руководствуясь, в ос­новном, логикой, опытом и интуицией проектировщиков и экс­плуатационников. Если выбор варианта основан только на этом, то нет оснований утверждать, что он оптимален. Данный выбор необходимо подтвердить более строгими методами. При этом следует рассмотреть, количественно и качественно оценить боль­шое множество вариантов, имеющихся при проектировании и проведении технологических процессов. Эту задачу можно ре­шить с помощью теории оптимизации, методов и средств мате­матического моделирования, используя для этого системный под­ход в исследовании и проектировании технологических процес­сов как объектов управления.

Под технологическими объектами управления (ТОУ) понимают совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим регламентам и инструкциям техно­логического процесса производства.

Технологическая установка — это совокупность нескольких взаи­мосвязанных аппаратов и машин, в которых выполняется опреде­ленная технологическая операция. Примерами могут быть опера­ции приготовления жидких полуфабрикатов (приготовление заква­ски, активированных дрожжей, растворов соли, сахара и др.).

Технологическая линия может содержать ряд технологических установок, агрегатов и аппаратов, в которых осуществляется не­сколько технологических процессов (например, линия тестопри- готовления, производство вафель, печенья и др.).

На стадии проектирования систем управления технологически­ми процессами ТОУ необходим тщательный анализ. Он должен быть системным, обуславливающим исследование технологического процесса по техническому оснащению и внедрению новых техноло­гий, качеству сырья и готовой продукции, организации управления процессом.

В ходе анализа изучают технологические процессы конкрет­ного производства, определяют величины (параметры), характе­ризующие процесс, выявляют взаимосвязи между ними.

Совокупность действий (операций) над исходным сырьем, по­луфабрикатами или ингредиентами продуктов и продуктами, а также технологические процессы как набор последовательных действий и явлений можно рассматривать согласно теории сис­тем как технологические объекты или технологии (ТЕХ).

Как правило, современные ТЕХ состоят из взаимосвязанных совокупностей чередующихся во времени технологических про­цессов, их хронологических последовательностей.

Эти технологии обладают определенными структурами, входа­ми и выходами, влияющими на них факторами, а также управ­ляющими воздействиями в целях оптимизации их действий и по­лучения продукта стандартного качества.

Это позволяет производить их математическое моделирование для поиска приемлемых, а иногда наилучших (оптимальных) критериев управления.

Все входы и выходы ТЕХ образованы материальными, финан­совыми и информационными потоками данных. Посредством этих потоков конкретная ТЕХ, связывается с другими техноло­гиями ТЕХ₂, ТЕХ₃,..., в том числе и с потребителями (потреби­тельским рынком). При этом следует различать операционные (вход, выход) и управляющие (управление) потоки данных.

По входу и выходу состояние ТЕХ характеризуется ее основ­ными техническими показателями, совокупность которых (напри­мер, из N показателей) и образует операционные потоки данных (количество сырья, полуфабрикатов, готовой продукции различ­ного типа; их общие технологические параметры и параметры состава и свойств, а также важнейшие экономические показате­ли). Схема объекта управления приведена на рис. 2.4.

В общем случае компоненты потоков, например входных дан­ных, составят согласно TV-про­странству вектора Xt (х_и, х_1п ..., х„,) состояние ТЕХ, зависящей от дискретного времени Ax*t, где t-О, 1, 2, ..., Т, а Дт —ос­новная единица времени сущест­венного изменения состояния ТЕХ (квант времени), т. е. Yt= F(X,i).

Структуру ТЕХ можно описать Л/-мерным пространством век­тора Pt=(P_u, Р₂₍, ..., Р_м) внешних и внутренних (определяемых потребительским рынком) структурных параметров, изменяющих­ся со временем (например, параметры технологического оборудо­вания, коэффициенты уравнений физико-химических, микробио­логических, ферментативных и других процессов; себестоимость продукции, е'е рыночная цена и т. п.). При этом текущее состоя­ние ТЕХ (состояние в данный С-й момент времени) будет функ­цией как ее внешних и внутренних структурных параметров, так и времени, т. е. Yt = F(X, Р, /). При этом вектор структурных па­раметров либо не изменяется со временем, либо изменяется зна­чительно медленнее вектора состояния.

At

xt,

YJ

TEX Pt

Xt..

U,t

Рис. 2.4. Параметрическая схема объекта управления

Вектор состояния ТЕХ можно изменять с помощью дополни­тельного потока данных (управления), связанного с материальны­ми, финансовыми и информационными ресурсами. Этому потоку данных управления ставят в соответствие L-мерное пространство векторов управления Ut = (и„, и₂„ ..., ы„). При этом текущая ТЕХ будет зависеть и от вектора управления, т. е. Yt= F(Xi, Pi, Hi, t).

В общем случае, когда вектор управления воздействует не только на состояние, но и структуру ТЕХ, следует рассматривать их совместную динамику, т. е. Yt = F_{(Xi, Pi, Ui, f) = F₂(Ui, t).

На практике обычно сначала изменяют структуру, а затем управляют состоянием ТЕХ при не зависящей от управления структуре.

Для полного описания необходимо ввести 0-мерное про­странство векторов Zt = (z_u, Z₂„ —, Z_Q) неконтролируемых возму­щений или так называемых помех, действующих на ТЕХ.

Помехи создают ситуации информационной неопределенности ТЕХ. Физическая природа помех и механизмы их воздействия на ТЕХ могут быть разнообразными. Согласно системному подходу, возможно выделить следующие типы воздействия на структурные параметры ТЕХ (Zt =5Pt, Pt -+Pt + 5Pt): воздействие на поток управ­ляющих данных (Ut =Ь Ut, Ut-^Ut + 5Ut); примешивание к вектору состояния объекта управления (Ut=5Xt, Xt-^Xt+ 8Xt). В общем слу­чае возможно совместное воздействие помех на ТЕХ в целом. По­этому текущее состояние ТЕХ будет зависеть как от контролируе­мых, так и неконтролируемых величин, т. е. Yt = F(X, Р, Ui, t/Z). Так как поток помех является случайным или неопределенным процессом, то и поток состояний ТЕХ также случайный или неоп­ределенный процесс — процесс при условии наличия помех.