3280

2

УДК 656.13 (075)

Зеликов, В.А. Управление техническими системами [Электронная версия]: тексты лекций для студентов направления подготовки 190600.62 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов / В.А. Зеликов, В.А., Иванников, Е.В. Шаталов. – Воронеж, 2013. – 44 с. – ЭБС ВГЛТА

3

1 ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Если в прошлые годы главным содержанием профессиональной деятельности инженера были технические и технологические вопросы, то в реальных условиях рынка, риска и конкуренции, экономической самостоятельности важнейшим становится наряду с техникой и технологией умение специалиста управлять производством или большими техническими системами.

Обследование более 1,5 тысяч различных фирм США, Канады, Англии, Италии, Австралии и Японии показало, что ошибки при управлении и планировании работы этих систем наблюдаются у 58% фирм, причем только в 3,5% случаев эти ошибки не повлияли на последующую деятельность фирмы. В 59,7% отрицательное влияние было частичным, а 36,8% - сильным.

Пять наиболее серьезных ошибок управления (из 50 отмеченных при обследовании) охватывают в основном проблему принятия решения

ирасполагаются в порядке их важности следующим образом:

1)Убежденность высшего руководства системы, что оно может передоверить все функции планирования и принятия решения нижестоящим уровням (планировщикам, экономистам, линейным руководителям и т.д.).

2)Концентрация внимания руководства на текущих вопросах, игнорирование перспективных проблем.

3)Неумение сформулировать такие задачи фирмы, которые можно было бы использовать в качестве базы для долгосрочного планирования.

4)Неумение создавать необходимые условия на фирме для планирования и управления.

5)Нежелание высшего руководства обсуждать с руководителями подразделений принятые ими решения или разрабатывать планы.

Это же обследование показало, что прямолинейный перенос и использование опыта других фирм и стран без учета состояния хозяйства и рынка, специфики и структуры производства, менталитета и квалификации персонала малопродуктивны. Так, к пяти наиболее важным по последствиям ошибкам управления фирмы 6 стран отнесли уже 14 видов ошибок, а максимально совпадение перечня типичных ошибок по различным странам составило 50%. Причем восемь ошибок были специфичны только для фирм одной страны. Еще большая специфика наблюдается для различных по размеру, структуре, специализации предприятий и фирм, действующих в одном сегменте рынка.

Цель дисциплины "Управление техническими системами" состоит в том, чтобы освоить суть и принципиальные приемы или методологию управления, которые применимы для любых систем, т.е. на любом производстве и в любом деле: от руководства крупным предприятием до мелкого бизнеса или приобретения для семьи конкретной вещи длительного пользования.

4

Основными задачами изучения дисциплины являются: освоение основных понятий по управлению; освоение методов анализа технических систем;

овладение программно-целевыми методами анализа производства; освоение методов принятия инженерных и управленческих реше-

ний;

формирование у будущих специалистов знаний и навыков, позволяющих им эффективно действовать не только в качестве инженера, но и менеджера инженерно-технической и других служб автотранспортных предприятий разных форм собственности;

ознакомление и получение навыков использования новых технологий и средств при управлении производством и принятии инженерных и управленческих решений в технических, экономических, социальных и других системах.

2 ОСОБЕННОСТИ СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Развитие автомобильного транспорта в рыночных условиях имеет свои отраслевые особенности, которые влекут экономические, технические, социальные и управленческие последствия и требуют от специалистов на производстве соответствующих и своевременных действий. Рассмотрим эти особенности, результаты, к которым они приводят, технические и экономические последствия (табл.1).

5

Продолжение таблицы 1

Конспективно их можно свести к следующему:

1)Увеличение хозяйственной и экономической самостоятельности предприятий в условиях фактической ликвидации вертикальных связей.

2)Разукрупнение и диверсификация транспортных предприятий.

3)Сокращение объемов перевозок и рост конкуренции.

6

4)Сокращение доходов и рост расходов, необходимость жесткого контроля за величиной и источниками всех доходов и расходов.

5)Нехватка инвестиций и старение основных фондов.

6)Важность правильно выбранных управленческих решений и не только моральная, но и материальная ответственность специалистов за их последствия в условиях риска и конкуренции.

Дополнительная интеллектуальная нагрузка, связанная с принятием решений, влияет на класс условий труда персонала по показателям напряженности трудового процесса. В соответствии с гигиеническими критериями оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса, утвержденных Госкомсанэпиднадзором России 12 июля 1994 г., условия труда в зависимости от необходимости принятия решений классифицируется следующим образом:

оптимальный (напряженность труда легкой степени): отсутствие необходимости принятия решений;

допустимый (напряженность труда средней степени): решение простых альтернативных задач по инструкции;

напряженный труд 1-й степени: решение сложных задач с выбором по известным алгоритмам;

напряженный труд 2-й степени: эвристическая (творческая) деятельность, требующая решения сложных задач при отсутствии алгоритма.

3 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Все окружающие нас предметы взаимодействуют друг с другом, подчиняясь известному философскому закону о всеобщей связи и взаимообусловленности вещей в природе. Предмет или процесс, подлежащий изучению, называют объектом, а все окружающие предметы, взаимодействующие с ним – внешней средой.

Характерной чертой современного подхода при исследовании и проектировании объектов и процессов является представление последних как систем. Понятие "система" употребляется часто в широком смысле (система знаний, система управления, ГПС, система счисления и т. п.). Существует множество определений понятия "система", однако все они сходятся на том, что система – есть совокупность элементов или устройств, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство.

Элемент системы – простейшая неделимая часть системы. Ответ на вопрос, что является элементом системы, зависит от цели рассмотрения исследуемого объекта. Любая система может быть рассмотрена как элемент системы более высокого порядка, в то время как ее элементы могут выступать в качестве систем более низкого порядка.

7

Основной характеристикой всякой системы является ее структура, под которой понимают совокупность элементов и связей между ними, определяемую исходя из распределения функций и целей, поставленных перед системой. Под внешней средой понимают множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему и находящихся под ее влиянием. Для простоты математического описания внешнюю среду удобно представить в виде совокупности своих элементов, аналогичных элементам системы, с той только разницей, что полной модели поведения этих элементов не требуется. Достаточно задавать ее лишь в той части, которая относится к формированию соответствующих воздействий на элементы системы. Свойства системы – качества, позволяющие описывать систему и выделять ее среди других систем. Свойства характеризуются совокупностью параметров, одни из которых могут иметь количественную меру, другие выражаются лишь качественно. Свойства системы проявляются в процессе ее взаимодействия с внешней средой, причем система является активной стороной этого взаимодействия.

Состояние системы – множество существенных свойств, которыми она обладает в данный момент времени.

Систему, не имеющую внешней среды, называют изолированной. В реальном мире не существует изолированных систем. Систему, у которой есть внешняя среда, называют открытой. Если некоторый объект определен как открытая система, то возникает вопрос: какие элементы включать в систему, а какие – отнести к внешней среде? Универсальных правил для решения этого вопроса не существует. Хотя конкретные системы по своему характеру объективны, на них в то же время наложен субъективный отпечаток, поскольку образующая их конфигурация элементов обусловлена требованиями задачи, формулировку и решение которой осуществляет исследователь.

Очевидно, что внешняя среда воздействует на объект, а объект, в свою очередь, влияет на окружающую среду. Эти взаимодействия могут быть самыми различными: физическими (гравитационными, температурными, механическими и т. п.) и информационными (сигнальными).

Объект выделяют из среды для того, чтобы целенаправленно управлять им. Производственный, технологический процесс или технический объект, нуждающийся для определенного взаимодействия с другими объектами пли процессами в специальном организованном управляющем воздействии, называют объектом управления (ОУ). Объектом управления может быть отдельный механизм, машина, станок, агрегат, бригада рабочих или отдельный рабочий, цех или все предприятие и др.

Говоря об управлении как о целенаправленном процессе, введем понятие управляющего органа, который является источником целей, реализуемых управлением. Цели управления возникают у управляющего органа под влиянием его потребностей, связанных с его функционированием и взаимодействием с внешней средой и объектом управления.

8

Управляющий орган находятся в той же среде, что и объект управления, т. е. воспринимает состояние среды. Если состояние объекта управления удовлетворяет требованиям управляющего органа, взаимодействующего с этим объектом и использующего его для своих целей, то никакого управления ему не нужно. Если состояние не устраивает управляющий орган, то ему необходимо организовать такое воздействие на ОУ, которое переведет его в новое состояние, удовлетворяющее управляющий объект. Это воздействие и есть управление. Следовательно, под управлением понимают процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект управления, в результате которого последний переходит в требуемое (целевое) состояние.

Управляющее воздействие на объект управления можно осуществить, если выполняются следующие условия: любой процесс управления должен быть целенаправленным, т. е. должна быть известна цель управления; существует правило (совокупность правил); позволяющих добиваться поставленной цели управления в различных ситуациях; существует управляющий орган, способный создавать в соответствии с правилом управления и целью управления управляющее воздействие. В качестве управляющего органа можно рассматривать устройство или человека, управляющих станком, агрегатом, механизмом, процессом. Управляющим органом является также бригадир, осуществляющий руководство бригадой, управленческий персонал цеха, завода или учреждения.

Совокупность объекта управления и управляющего устройства, взаимодействие которых приводит к выполнению поставленной цели, называют системой автоматического управления (САУ).

Любой производственный, технологический процесс или технический объект характеризуются определенными физическими параметрами (расход вещества и энергия, режимы резания, температура, давление). Для обеспечения требуемого режима эти параметры необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону.

Параметр производственного, технологического процесса или технического объекта, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называют управляемым (управляемой величиной). Значение управляемого параметра, которое согласно заданию должно быть в данный момент времени, называют заданным значением управляемого параметра.

В структурном аспекте любую систему управления можно представить взаимосвязанной совокупностью объекта управления и управляющего органа (рис. 1).

9

Рис. 1 Схема системы управления

Автомат – любое техническое устройство, которое может работать самостоятельно, без постоянного вмешательства человека. Схему, изображающую последовательность процессов внутри устройства или системы, называют структурной схемой.

Для любых систем, в которых протекают процессы управления (технические системы или живые организмы), характерна одна общая черта: отдельные элементы этих систем взаимосвязаны так, что передают друг другу некоторые сообщения о происходящих в них процессах посредством сигналов, т. е. информации. По этому признаку можно проследить глубокое сходство и единство процессов управления.

Информация всегда связана с материальным носителем какой-либо физической величины. В технических системах материальные носители информации называют носителями сигналов (например, электрическое напряжение и ток, давление, механическое перемещение и др.), которые можно изменять в соответствии с передаваемой информацией. Конструктивные элементы системы должны преобразовывать одни физические величины (и соответствующие им сигналы) в другие. Этот процесс отражается в кибернетическом понятии звена системы.

Звено – элемент, входящий в САУ, в котором определенным образом преобразуется входной параметр в выходной. Схематическое изображение звена в виде блока не отражает особенностей его конструкции. Интерес представляет только связь между воздействием на вход звена и его реакцией на выходе. Такой подход позволяет создавать модели элементов самых различных природных систем, техники и имитировать их поведение, что значительно облегчает поиск эффективных методов управления.

10

В общем случае САУ состоит (рис. 2) из объекта управления ОУ, измерительного устройства ИУ, задающего устройства ЗУ, суммирующего устройства СУ, усилителя У и исполнительного механизма ИМ.

Рис. 2 Структурная схема САУ

ЗУ оказывает управляющее воздействие g (x) на вход системы, которое может иметь постоянную заданную величину при необходимости поддержания постоянного заданного значения управляемой величины или же изменяться по определенному закону.

Воздействие выхода системы управления на ее вход называют обратной связью. Введение обратной связи позволяет управлять при изменении параметров объекта управления и недостаточности наших знаний о его поведении. Воздействие входного сигнала на объект управления, переработка его в выходной сигнал и обратное воздействие выхода через канал обратной связи на входную величину представляет собой процессы передачи и переработки информации.

Комплекс устройств, присоединяемых к объекту управления и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его управляемой величины или автоматическое изменение последней по определенному закону, называют устройством управления. Алгоритм управления сводится к следующему: измерение фактического значения управляемой величины, сравнение фактического значения с заданным, выработка управляющего воздействия. Таким образом, использование текущей информации об управляющих воздействиях и переменных на выходе систем управления позволяет создать основной класс систем управления – класс замкнутых систем управления с отрицательной обратной связью, в которых можно обеспечить достижение заданных целей управления при большой неопределенности возмущающих воздействий и изменений во времени структуры и параметров системы, за счет уменьшения чувствительности к этим возмущающим воздействиям, вариациям структуры и параметров.

Наиболее полно понятие "управление" применительно к техническим системам сформулировал академик А. И. Берг. Управление – процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект, в