книги из ГПНТБ / Лоскутов В.И. Основы современной техники управления

и организационному признакам или по составу системных элементов.

Деление по функциональным признакам ведется в соответ­ ствии с имеющимися функциями системы. Организационные признаки учитывают специфические особенности иерархиче­ ской структуры системы. Членение системы по составу эле­ ментов производится с учетом структуры самих элементов, при выполнении ими определенных функций. В качестве эле­ ментов могут быть выделены человеческие коллективы, ин­ формация, технические средства и т. д.

Выделение организационных подсистем базируется на на­ личии в системе управления локальных структурно обособ­ ленных работ и объектов. Выделение поэлементных подсистем производится с целью единства реализации различных функ­ циональных подсистем и обеспечения условий для наиболее эффективной организации взаимодействия различных иссле­ довательских групп. Каждая из таких систем может члениться на несколько составляющих поэлементных групп.

Таким образом, подсистему можно рассматривать как неко­ торую часть системы, сформированную и выделенную по оп­ ределенному критерию, охватывающую соответствующую группу задач и имеющую самостоятельную частную цель.

Взаимосвязь между отдельными подсистемами часто про­ является в том, что решения задач в одной из подсистем слу­ жат исходными данными или ограничениями для выполнения функций, возложенных на другие подсистемы.

Каждая из подсистем предназначена для выполнения опре­ деленных задач и является необходимой частью для функцио­ нирования системы в целом.

Наиболее строгие взаимосвязи между элементами системы образуются на основе детерминированных отношений, при ко­ торых состояние одной подсистемы полностью определяет со­ стояние другой, и наоборот.

Членение сложных управляющих систем в конечном ре­ зультате приводит к наличию разных уровней управления, за­ висящих от ряда факторов, характеризующих получаемые при этом структуру и специфику функционирования системы в целом.

При выборе и построении структуры АСУ используются два метода: метод декомпозиции системы на составляющие части и метод сочленения системы из отдельных разрознен­ ных элементов.

Структура системы может быть образована из С-множе- ства подсистем при условии их сочленимости.

199

Для этого указанные подсистемы (элементы) должны быть одной модальности и должны обладать свойством взаимной раздельности.

Примером первого способа может служить образование структуры армии, когда имеющееся множество бойцов, офице­ ров, военной техники и вооружения членится и образует такие подразделения различных уровней, как фронт, армия, корпус, дивизия, полк, батальон, рота, взвод, отделение.

Вкачестве второго метода образования структуры системы на основе сочленения ее отдельных элементов может быть приведена организация ведомственных систем.

Вэтом случае в качестве модуса для образования произ­ водственных объединений берется специализация предприятий по выпуску продукции. Этот же модус в более расширенном

понятии используется при образовании главных управлений, а в своем верхнем звене для формирования ведомства (про­ мышленного министерства) .

При разработке иерархической структуры управления, ис­ пользуя функциональные признаки, можно разбить управляю­ щую систему на ряд вертикальных параллельно действующих подсистем. Каждая из них имеет обособленную сферу управ­ ления с замкнутыми информационными потоками и с само­ стоятельными выходами и входами. При четком разграни­ чении систем обеспечивается дифференцированный подход к обработке данных и решению возникающих в процессе уп­ равления задач.

Для управления сложными производственными комплек­ сами часто выделяются функционально обособленные подси­ стемы.

Организационная схема для управления таким комплексом показана на рис. 38.

Замкнутый характер управления каждой из подсистем рас­ членяет схему на ряд параллельно действующих комплексов, в ряде случаев сопряженных между собой горизонтальными связями на различных ступенях. В соответствии с этим си­ стемы разделяются на моноиерархические и полииерархиче­ ские. Моноиерархические системы строятся с использованием на всех ступенях системы только радикальных связей, и по­ этому движение информации в них протекает в двух направ­ лениях: снизу вверх и обратно. Полииерархические системы имеют более сложные структуры из-за наличия большего ко­ личества связей между контролируемыми объектами и управ­ ляющими устройствами различных рангов. В общем случае информация в таких системах циркулирует как по вертикаль-

200

ным, так и по сопрягающим в иных направлениях каналам связи.

На рис. 39 представлена одна из возможных схем поли­ иерархической системы. Потребителями ресурсов и источни­ ками информации являются шесть объектов первой ступени.

Рис. 38. Функциональная схема управления производственным комплексом

Каждая из групп с входящими в нее двумя объектами замы ­ кается на управляющую вычислительную машину (УВМ) вто­ рой ступени. Но, помимо этого разветвления, система инфор­ мационных каналов связывает каждую из УВМ и со всеми остальными объектами. Таким образом, создаются условия, при которых получаемые данные о состоянии объектов обеспе­ чивают наиболее рациональное функционирование всей си­ стемы и наиболее выгодное использование всех имеющихся ресурсов. Окончательные результаты решаемой задачи возла­ гаются на электронно-вычислительную машину.

201

Схемы полииерархических систем могут строиться и на основе других взаимосвязей, например горизонтальных, непо­ средственно связывающих объекты нижней ступени друг с другом.

Число ступеней принимаемой иерархической схемы должно быть минимизировано с учетом наиболее простых взаимосвя­ зей между отдельными элементами системы. При распреде­ лении ответственности за принимаемые решения между от­ дельными ступенями системы целесообразно использовать

3-я ступень

1-я ступень ОВъект

1

Рис. 39. Схема полиерархической системы управления

принцип смежной последовательности, позволяющий четко оп­ ределять функции управления различных рангов и исключать потоки информации через уровень. Отступление от этого прин­ ципа может быть регламентировано в случае каких-либо на­ рушений в работе отдельных частей системы.

Управляющие сигналы устройств «старшего ранга» выда­ ются обыкновенно в обобщенном виде, а их конкретизация осуществляется с помощью оборудования последующих ступе­ ней. Таким образом, в процессе управления уточняются кри­ терии работы локальных объектов и определяется местона­ хождение уставок регуляторов.

Использование принципа иерархичности в большинстве случаев связано с уменьшением объемов управляющей ин­ формации.

Для выбора рациональных взаимосвязей в иерархической системе, состоящей из трех уровней, необходимо располагать

202

исчерпывающими технико-экономическими характеристиками входящих в систему процессов и объектов. Третья ступень, являясь верхним звеном рассматриваемой системы, аккуму­ лирует в себе интегрированные данные низлежащих ступеней для решения задач, связанных с управлением всем управляе­ мым комплексом. В проектируемой АСУ должны быть четко формализованы промежуточные и конечные результаты обра­ ботки информации и определены формы их отображения. Это позволяет наиболее целесообразно распределять функции уп­ равления между отдельными ступенями принимаемой схемы и выявить задачи для решения их на соответствующем уровне. В качестве примера такой системы на рис. 40 представлена схема управления промышленным предприятием. Нижняя ступень ее, обслуживающая ряд производственных участков, оборудована средствами автоматики местного значения: управ­ ляющими специализированными машинами (3), стабилизирую­ щими регуляторами (4), оптимизаторами (13) и др. В зависи­ мости от сложности управляемых объектов местные автома­ тические устройства могут работать как в одноконтурных, так и в многоконтурных схемах управления.

Основными задачами первой ступени являются стабили­ зация управляемых переменных и поддержание их на уровне, установленном второй ступенью. Управляющие машины (3) работают в режиме поиска и поддержания регулируемого про­ цесса в зоне оптимума.

Задачами ЭВМ второй ступени являются:

определение зон оптимальных режимов работы соответ­ ствующих технологических агрегатов;

переработка получаемой информации с целью определения обобщенных показателей хода производства;

выработка и передача необходимых рекомендаций для уп­ равления отдельными агрегатами и соответствующими произ­ водственными участками в целом.

В представленной схеме информация о ходе технологиче­ ских процессов (1) поступает от датчиков (2) через преобразо­ ватели и коммутирующие устройства блока связи (6) в управ­ ляющую машину второй ступени (7).

Оперативно-диспетчерская и учетно-статистическая инфор­ мация направляется сюда же с мест ее возникновения через специальные каналы связи или контейнерным способом.

Третья ступень системы образуется мощной вычислитель­ ной машиной (11), она объединяет работу локальных автома­ тических систем и систем управления второй ступени. Управ­ ляющая машина третьей ступени решает задачи, связанные

203

с оптимизацией работы всего производственного комплекса, учитывая при этом и тенденции развития основных экономи­ ческих процессов.

Количественно иерархическая структура в известной мере может быть оценена коэффициентом иерархии а. Величина а определяется числом управляемых объектов, подчиненных подразделению вышестоящего ранга. Этот показатель может быть константой для всех рангов системы или выбираться в зависимости от сложности процессов управления для каждой ступени в отдельности.

Образование управляющего воздействия определяется на­ личием в системах разомкнутых и замкнутых контуров уп­ равления.

С помощью замкнутых контуров управления обеспечи­ вается достижение цели управления при наличии значитель­ ного количества измеряемых внешних возмущений, а также в тех случаях, когда неизвестно их влияние на измеряемые величины.

Но вместе с этим в условиях замкнутых контуров управ­ ления удлиняется срок формирования и воздействия управ­ ляющих сигналов. В ряде случаев управление объектом осу­ ществляют путем совмещения преимуществ разомкнутых и замкнутых схем.

В этом случае с помощью измерительных устройств кон­ тролируются величины воздействия на объект внешних воз­ мущений. Результаты этих измерений подаются в управляю­ щую вычислительную машину. При этом компенсация внеш­ них возмущений достигается путем немедленной реакции на них со стороны управляющей вычислительной машины. Точ­ ное же управление выполняется машиной на основе получе­ ния и анализа данных о состоянии протекающих в объекте процессов.

При проектировании АСУ следует стремиться к тому, чтобы создаваемая система была бы инвариантна. Также должна предусматриваться возможность ее последующего изменения

иулучшения.

Сувеличением количества управляющих центров и возра­ станием числа рассредоточенных объектов усложняется и структура системы.

Наиболее характерными для их построения становятся це­ почные и древовидные структуры.

Древовидная структура линий связи применяется в усло­ виях сложной топографии контролируемых и управляемых объектов. В зависимости от их расположения и взаимосвязи

205

древовидная структура всей системы может строиться по ме­ тоду образования одноствольных, многоствольных и кустовых образований. Схема одной из таких многоствольных структур показана на рис. 41. Как видно из представленной схемы, источники первичной информации, территориально разбросан­ ные на значительные расстояния, передают соответствующие данные в кустовые вычислительные центры. Здесь произво­ дится последующая обработка информации, а получаемые ре­ зультаты передаются в управляющие органы. Группа кусто­ вых районных центров замыкается на один из региональных вычислительных центров. Получаемые результаты обработки информации в региональных центрах частично используются для управления и координации работ, входящих в обслужи­ ваемую зону организаций; частично же через выходное устрой­ ство передаются в главный вычислительный центр, оборудо­ ванный одной или комплексом ЭВМ. Здесь окончательно перерабатываются и принимаются решения для функциониро­ вания рассматриваемой системы в целом.

В реальных условиях построение сложных систем произ­ водится с учетом использования всех перечисленных факто­ ров и разработанных при этом элементарных схем.

Образуемые таким образом сложные структурные схемы совмещают в себе разумное сочетание предъявляемых к си­ стеме условий и обеспечивают решение задач управления. Ко­ личество пунктов управления в таких системах зависит от числа управляемых объектов.

В моноиерархических системах информация, передаваемая по радиальным линиям связи, по мере перехода ее к высоким ступеням сжимается. В промежуточных пунктах производится отсечка некоторых видов информации, используемых только на ступени данного ранга. На каждом узловом пункте струк­ турной схемы осуществляются функции локального и цент­ рального характера. В первом случае используются данные для формирования управляющих воздействий на соподчинен­ ные объекты.

Информация, относящаяся к более высоким рангам, а также ее производные результативные сведения передаются к соот­ ветствующим пунктам управления.

Увеличение информационной емкости систем связано с комплексной автоматизацией всех процессов сбора, форми­ рования, передачи и хранения информации.

Правильное решение этой задачи обеспечивает экономный выбор материальных средств управления и рациональное их использование в процессе эксплуатации.

206

При разработке и построении структуры управляющей системы следует иметь в виду возможное наличие в ней само­ стоятельных управлений и информационной частей. Так,

Рис. 41. Схема древовидной структуры управляющей системы ведомст­ венного назначения

система двухступенчатая для принятия решений может иметь многоступенчатую форму в части прохождения и переработки информации.

На рис. 42 показан один из возможных вариантов такой системы.

207

Управление из центрального вычислительного комплекса ведется п количеством объектов, каждый из которых является источником первичной информации. Первичная обработка по­ лучаемых при этом данных производится в промежуточных пунктах, и только после этого ее результаты направляются в управляющий вычислительный комплекс. Формируемые при этом управляющие сигналы направляются непосредственно

Управляющий „ Вычислительный комплекс

в рассмотренной системе информационная часть строится по трехступенчатой схеме, а управляющая часть — по двухсту­ пенчатой.

Задача синтеза структур системы как раз и состоит в по­ строении и отборе оптимальных схем прохождения информа­ ции и управляющих сигналов.

Неполнота и неопределенность информации усложняют ее прохождение за счет принятия добавочных промежуточных решений и необходимости корректирования при организации протекания процессов в нужном направлении.

Оптимум функционирования всего управляемого комплекса находится с помощью критерия эффективности, определяемого по взвешенным значениям составляющих целевых функций системы.

208