Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Управление системами и процессами в машиностроении. Учебное пособие
.pdf
КОМСОМОЛЬСКИЙ-НА-АМУРЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
В. А. Олещук
УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ
И ПРОЦЕССАМИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Учебное пособие
Утверждено в качестве учебного пособия
Учебно-методическим советом Федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
Ай Пи Ар Медиа
Москва
2021
УДК 621
ББК 34.4
О-53
Рецензенты:
Кафедра информационной безопасности, информационных систем
и физики ФГБОУ ВО «Амурский гуманитарно-педагогический
государственный университет», зав. кафедрой А. Н. Анисимов;
Тюсов П. А. — начальник бюро по расчету и обработке управляющих
программ филиала ПАО «Компания «Сухой» «КнААЗ им. Ю.А. Гагарина»
Олещук, Валентина Александровна.
О-53 Управление системами и процессами в машиностроении : учебное пособие /
В. А. Олещук ; Комсомольский-на-Амуре государственный университет. — Москва :
Ай Пи Ар Медиа, 2021. — 95 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-1021-5
В учебном пособии изложены принципы структурной, аппаратной и программной
реализации систем управления различными объектами, производственными системами
и процессами, их информационного и организационного обеспечения. Представлена
иерархия задач управления, организация и методология оперативного управления с
дискретной системой. Описаны основные положения, понятия и определения управления системами и процессами, а также применяемые в настоящее время в промышленности методы и средства управления системами и процессами. Рассмотрены принципы
построения различных систем управления как отдельными производственными объек-
тами, так и производственными системами в целом.
Учебное пособие предназначено для студентов направления подготовки
15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», изучающих дисциплину «Управление системами и процессами в машиностроении».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-1021-5 © Комсомольский-на-Амуре государственный
университет, 2017
© Оформление. ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 5
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ…………… 6
1.1. Общие положения…….................................................................. 6
1.2. Основные понятия и определения курса………………………. 7
1.3. Классификация систем управления (СУ)……………………… 8
1.3.1. Классификация СУ по уровню автоматизации
выполняемых функций……………………………………. 8
1.3.2. Классификация СУ по методу управления……................ 11
1.3.3. Классификация СУ по иерархическому принципу………. 11
1.3.4. Классификация СУ по функциональному признаку……..
12
1.3.5. Классификация СУ по информационным признакам…... 13
1.3.6. Основные термины в области систем управления…….. 16
1.4. Информационные основы процесса управления……………… 19
1.4.1. Общие сведения об информации………............................
19
1.4.2. Прямая и обратная связь в системах управления……… 22
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ОБЪЕКТАМИ……………………………………………………….... 23
2.1. Характеристика объектов управления………………………….
2.2. Системы управления общим циклом работы оборудования….
2.3. Системы управления отдельными циклами…………................
2.4. Системы нечислового программного управления……………..
2.5. Системы числового программного управления………………..
23
25
26
27
31
2.6. Микропроцессорные устройства числового программного
управления……………………………..........................................
2.7. Системы
ЧПУ классов HNC, CNC, DNC……………………….
2.7.1. Системы ЧПУ класса HNC……………………………….
2.7.2. Системы ЧПУ класса CNC……………………………….
2.7.3. Системы ЧПУ класса DNC……………………………….
38
38
39
41
42
3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ………………………………………………………..
3.1. Внешняя и внутренняя среда предприятия……………………..
3.2. Информационное обеспечение предприятия………...................
43
44
45
3.3. Прямая и обратная связь в производственных системах
управления……………………………………………………......
3.4. Структура производственной системы…………………………
3.4.1. Классификация производственных структур…………..
3.4.2. Архитектура производственных систем управления…..
54
56
59
60
3.4.3. Основные функции, выполняемые на иерархических
уровнях производственной системы…………..................
3.5. Сущность и функции управления предприятием……...............
3.5.1. Функции управления предприятием……………………...
62
67
67
3
3.5.2. Планирование как функция управления………………......
3.5.3. Виды планирования………………………………………..
3.5.4. Особенности оперативного (краткосрочного)
планирования………………………………………………
3.5.5. Портфель заказов (статический и динамический
)……..
3.6. Устойчивость производственной системы……………………..
3.7. Традиционные методы обеспечения устойчивости
производственной системы……………………………………...
3.8. Создание гибких производственных систем……………….......
3.9. Современные методы обеспечения устойчивости
производственной системы……………………………………...
3.9.1. «Бережливое производство»……………………………..
3.9.2. «Точно в срок»……………………………………………..
3.9.3. Выталкивающее производство…………………………..
3.9.4. Вытягивающее производство…………………………....
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………….
68
69
74
76
79
80
82
85
86
89
91
92
94
94
4
ВВЕДЕНИЕ
Для рыночной экономики характерна жесткая борьба за рынки сбы-
та. Все возрастающая конкуренция и в первую очередь со стороны зарубежных производителей, необходимость привлечения инвесторов в самые
различные отрасли экономики создали условия, при которых процесс
управления производственными системами требует принципиально новых
подходов. Определяющими факторами успеха в промышленном производстве
сегодня и в обозримом будущем является уменьшение времени выхода продукции на рынок, снижение её себестоимости и повышение качества.
Если концептуальная модель изделия (автомобиль, самолет, судно и т.п.)
внедряется в серию более трех лет, она устаревает и морально, и физически. Потребитель теряет к ней всякий интерес, Продукция перестает быть
конкурентоспособной, предприятие терпит колоссальные убытки.
Знание современных теорий управления и оптимизации этого процесса, умение реализовать их на практике является необходимым условием
эффективной работы руководителей самых разных рангов. В основе каждой трактовки лежит некая руководящая идея – цель, которая формулируется в виде желаемого будущего состояния производственной системы.
Достижение данной
цели происходит путём глубокого изменения производства в целом и всех производственных объектов посредством конкретных систем и инструментов. Причём использование данных средств должно подчиняться определенному набору принципов – базовых правил, соблюдение которых и позволяет двигаться в правильном направлении.
В процессе управления участвует множество различных специали-
стов: руководителей, научных сотрудников
, инженеров-конструкторов,
инженеров-технологов, программистов, расчетчиков, производственников
и испытателей.
Основным условием эффективного функционирования любого предприятия, фирмы, организации является совершенствование механизма
управления предприятием в целом, его подразделениями и оборудованием.
Главным фактором успеха процесса управления сегодня становится повышение качества и скорости проектирования изделия, максимально быстрое
доведение готового продукта до рынка.
Развитие управления как научной дисциплины не представляет собой серию последовательных шагов вперед. Создание технологий управления представляет собой эволюционный процесс.
Под влиянием новых информационных технологий происходят коренные изменения в технологии управления (автоматизируются процессы
обоснования и принятия решений, организация их выполнения).
5
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
1.1. Общие положения
Любой процесс в природе (физический, химический, социальный)
развивается и протекает по некоторым присущим ему закономерностям.
Однако в силу всеобщей связи между явлениями в природе на него воздействуют другие процессы. В результате таких воздействий происходят некоторые отклонения от первоначального развития процесса
, т.е. он протекает по более сложным закономерностям. Внешние воздействия на процесс можно разделить на случайные и управляющие. Случайные воздействия непреднамеренны. Управляющие воздействия специально предназначены для изменения хода того процесса, на который они направлены.
Совокупность управляющих воздействий, направленных на то, что-
бы действительный ход процесса соответствовал
желаемому, называют
управлением.
Таким образом, управление предполагает, что существует некоторый
орган, систематически или по мере необходимости вырабатывающий
управляющее воздействие. Такой управляющий орган принято называть
системой управления (СУ). Управление должно быть целенаправленным.
Управляющие воздействия не должны носить случайный характер.
Управление предполагает наличие управляемого объекта или группы
объектов (отдельный механизм или технологическое оборудование
, цех
или предприятие в целом). Кроме управляемого объекта, должен существовать некоторый управляющий орган, вырабатывающий управляющие
воздействия, направленные на улучшение функционирования объекта в
соответствии с имеющейся программой или целью управления.
В общем виде система управления вне зависимости от того, каким
объектом или каким технологическим процессом она управляет, является
простой или
сложной, одно- или многоуровневой, состоит из объекта
управления и информационно-управляющей части СУ.
Технологические процессы в производстве, функционирование производственных объектов и систем характеризуются различными физическими и другого рода величинами, на которые накладываются определенные ограничения. Эти величины должны поддерживаться на определенном
уровне или изменяться по заданной программе или по
определенным
законам.
Проведение технологического процесса на каком-либо оборудовании
(станке, контрольно-измерительном устройстве, сборочной позиции и т.п.)
в соответствии с поставленной задачей возможно при выполнении определенных правил, называемых алгоритмом (законом) функционирования, а
единицу оборудования, нуждающуюся в определенных внешних командах
6
для выполнения заданного алгоритма функционирования, называют объектом управления. В качестве объекта управления могут выступать более
сложные системы – производственные комплексы, структурные подразделения предприятия или предприятия в целом и т.п.
В системах административного или организационного управления
управляющее воздействие заключается в принятии решений в процессах
планирования и оперативного управления, реализуемых на
более низших
уровнях управления, а также в контроле за реализацией принятых решений.
Процесс управления – это целенаправленное воздействие управляющей системы на управляемую, ориентированное на достижение определенной цели и использующее главным образом информационный поток.
Оптимальное управление заключается в выборе наилучших управляющих воздействий из множества возможных с учетом ограничений и
на
основе информации о состоянии управляемого объекта и внешней среды.
С экономической точки зрения, оптимальное управление производственными объектами или системами заключается в увеличении или поддержании на постоянном уровне потока продукции на выходе системы при
снижении потока ресурсов на входе в систему.
1.2. Основные понятия и определения курса
Совокупность
управляющих воздействий, направленных на то, чтобы действительный ход процесса соответствовал желаемому, называют
управлением. Управление – такой вид воздействия на объект или систему,
который стимулирует ее функционирование в направлении достижения
некоторой цели.
Управлением называют целесообразное воздействие на объект или
систему управления для достижения поставленной цели.
Управление предполагает, что существует некоторый орган, систе
-
матически или по мере необходимости вырабатывающий управляющее
воздействие. Такой управляющий орган принято называть системой СУ.
Управление должно быть целенаправленным. Управляющие воздействия
не должны носить случайный характер. В общем виде система управления
вне зависимости от того, каким объектом или какой технологической системой она управляет, является простой или сложной, одно- или
многоуровневой, состоит из информационно-управляющей части и объектов
управления.
Система управления технологическими процессами (объектами) в
промышленности (ГОСТ 24103-84. Автоматизированные системы управления. Общие положения) представляет собой совокупность одного или
нескольких управляющих устройств, взаимодействующих между собой таким образом, чтобы обеспечить достижение заданной цели.
7
В то же время СУ представляет собой взаимосвязанную совокупность элементов, выполняющих конкретные функции управления для достижения конкретной цели.
Управление предполагает наличие управляемого объекта или группы
объектов (отдельный механизм или технологическое оборудование, цех
или предприятие в целом).
Объект управления – единица оборудования, нуждающаяся в определенных внешних командах (воздействиях) для выполнения
заданного ал-
горитма функционирования.
Объектами управления в производственных комплексах являются элементы основного (станки, сборочные стенды, координатно-измерительные
машины и т.п.) и вспомогательного производства (мостовые краны, электрокары, склады и т.п.).
1.3. Классификация систем управления (СУ)
В зависимости от характеристик объектов управления, алгоритмов их
функционирования, выполняемых задач в
машиностроении используются
СУ, обладающие различными возможностями, характеристиками, аппаратным обеспечением и т.п. Выбор оптимальной системы управления при решении конкретной производственной задачи является важной, первостепенной и в то же время очень сложной задачей. Необходимо выработать
критерии, позволяющие оптимизировать выбор СУ.
Существуют различные критерии для классификации СУ технологи-
ческими
процессами, объектами и производственными системами.
Применяемые в машиностроении СУ классифицируются по следую-
щим признакам:
- по уровню автоматизации выполняемых функций;
- методу управления;
- иерархическому принципу;
- функциональному признаку;
- информационным признакам.
1.3.1. Классификация СУ по уровню автоматизации
выполняемых функций
Одной из основных задач, решаемых при проектировании СУ, явля-
ется задача оптимального
распределения функций между человеком и тех-
никой.
По уровню автоматизации выполняемых функций СУ подразделяют-
ся на следующие виды:
8
1) если управление полностью выполняется человеком, такое управ-
ление называется ручным;
2) если часть функций по управлению выполняет человек, а часть
средства автоматики, электроники, кибернетики, то такие СУ называются
автоматизированными;
3) системы, в которых управление объектом или ходом технологиче-
ского процесса осуществляются без участия человека, называются автоматическими.
Системы ручного
(неавтоматического) управления такие СУ, в
которых все функции контроля и управления процессом или работой механизма выполняют люди (без ЭВМ и средств автоматики, электроники). В
процессе подготовки к управлению технологическим оборудованием технолог разрабатывает последовательность выполнения операций, определяет их параметры и характеристики, продолжительность операций и записывает в
технологической карте. По существу технология является алгоритмом управления. Оператор вручную управляет технологическим оборудованием в соответствии с разработанной технологией, т.е. он посредством сигналов образует цепь управления технологическим оборудованием. Фактическое выполнение команд управления (алгоритма) производит и
фиксирует оператор, образуя тем самым цепь обратной связи.
На рис. 1.1 представлена
схема ручного управления объектом (тех-
нологическим оборудованием), выполняемого человеком.
Рис. 1.1. Схема ручного управления
Качество процесса управления, выполняемой работы при ручном
управлении полностью зависит от субъективного фактора. Квалификация
рабочего, его физическое состояние, умение читать чертежи и технологии,
способность быстро реагировать на сложившуюся ситуацию, своевременно переналаживать оборудование и тому подобное – определяют эффективность процесса управления.
Автоматические системы управления СУ, в которых применяются
средства автоматики
, электроники и вычислительной техники (ВТ), подготавливающие поступившую информацию к виду, удобному для принятия
оператором необходимого решения. В системах с автоматическим управлением оператор не участвует в технологическом процессе. Состояние
9
технологического оборудования характеризуется рядом выходных величин. Под влиянием управляющей программы и внешних возмущающих
воздействий изменяется состояние объекта управления, возникает рассогласование. Для ликвидации рассогласования вырабатывается управляющее воздействие, поступающее от системы управления.
Системы автоматического управления могут быть построены как по
разомкнутому, так и по замкнутому контурам. В первом случае управляю
-
щее устройство связано с технологическим оборудованием одним каналом
связи. Команды управляющей программы через устройство ввода (УВ) поступают в блок управления приводом (БУП), который воздействует на
технологическое оборудование. При этом поток информации движется
только в одном направлении. Примером могут служить системы управления технологическим оборудованием с шаговым приводом подач.
Наибольшее
распространение получили системы автоматического
управления, построенные по замкнутому контуру, т.е. имеющие канал передачи сигналов управления и канал обратной связи (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Автоматическое управление
Канал обратной связи несет информацию о состоянии контролируемой величины в данный момент времени в блок сравнения (БС). В том
случае, если состояние контролируемой величины не соответствует требуемому значению (возникает рассогласование), формируется управляющее
воздействие в блок управления приводом.
В системах автоматического управления управляющее воздействие
(УВ) формируется без участия человека
с помощью программоносителей.
Информацию о текущем состоянии управляемого объекта или параметрах
технологического процесса собирают с помощью различных датчиков. Эта
информация является исходной для выработки сигналов управления. Производится необходимая корректировка.
Объектом контроля может быть состояние технологического оборудования, положение режущего инструмента, размеры обрабатываемой детали и т.п.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]