1.3.5 Иерархия структур асу

Важным этапом системного анализа является структуризация системы - определение ее границ и выделение структурных составных частей.

Структура системы управления определяет основные свойства и характеристики функционирования системы. В соостветствии с ГОСТ - выделенную по определенному признаку часть АСУ называют подсистемой АСУ. Совокупность действий, направленных на достижение определенной цели, называют функцией АСУ. Выполнение АСУ функций, осуществляемое на действующем объекте управления и обеспечивающее достижение заданных целей, называют функционированием АСУ (ГОСТ 24.003-84).

1.3.6 Характеристики структур

Структура отражает строение и внутреннюю форму организации, взаимоотношения и взаимосвязи элементов системы. Каждая АСУ, как сложная система, обладает множеством элементов, свойств, связей между элементами. Охватить их одновременно в рамках одного понятия структуры не представляется возможным. Поэтому выделяют следующие характеристики структуры:

1 группа характеристик связана с иерархичностью систем;

2 группа характеристик связана с оцениванием качества ее функционирования.

К первой группе характеристик относятся: число уравнений иерархии, число подсистем (элементов) на каждом уровне, степень централизации, норма управляемости, мера равномерностей связей, степень специализации подсистем, характер взаимосвязей между подсистемами и уровнями иерархии и т.д. Ко второй группе относятся: эффективность, надежность, живучесть, гибкость структуры ( способность к перестройке), быстродействие, достоверность обработки данных, загрузка технических средств и др.

Многие из характеристик, связанных с иерархичностью системы могут быть определены количественно, а такие как характер взаимосвязи между подсистемами и уровнями - являются качественными.

Число уровней иерархии и число подсистем на каждом уровне оценивают соответственно "высоту" организационной структуры и "ширину" каждого ее уровня. Каждая система S_j может рассматриваться как некоторая часть более общей системы S. S_j S. Взаимосвязь между системами S и S_j строится по принципу иерархии, предусматривающей подчиненность подсистемы S_j системе S в смысле как структурного местоположения, так и распределения управляющих функций. Следовательно, любую систему можно декомпозировать на подсистемы различных рангов. Процесс деления осуществляется по соответствующим признакам дополучения составляющих элементов.

Как правило, декомпозировать систему можно несколькими способами, причем во всех случаях получаем различное число подсистем. В результате такой декомпозиции множество всех подсистем называют множеством M системы S, существует столько же множеств данной системы, сколько и способов ее деления. Таким образом, систему S можно представить в виде дерева, на котором выделяются подсистемы, относящиеся к разным уровням (рис.1).

Важной характеристикой организационной структуры АСУ является степень централизации и норма управляемости (размах контроля). Степень централизации характеризует разделение полномочий между уровнями системы.

у ровень 0 S₀

S₁ S ₂ S₃ уровень 1

S₁₁ S₁₂ S₂₁ S₂₂ S₃₁ S₃₂ уровень 2

уровень 3

S₁₁₁ S₁₁₂ S₁₂₁ S₁₂₂ S₂₂₁ S₂₂₂ S₃₂₁ S₃₂₂

Рис.1 Дерево системы и результат ее разделения на подсистемы

Для каждой пары смежных уровней (к-1,к), к=2,к, степень

централизации b=L_k/L_k-1 - отношение задач решаемых на к-ом уровне

L_k, к объему задач решаемых на (к-1) уровне L_k-1. Объем решаемых

задач можно оценить по количеству перерабатываемой информации на

каждом уровне. Чем больше значение b, тем выше степень централизации системы.

Степень централизации (т.е. увеличение числа задач) приводит к повышению управляемости подсистем, к увеличению переработки информации на верхних уровнях. Повышение степени децентрализации увеличивает самостоятельность подсистем, ведет к уменьшению объема переработки информации верхними уровнями.

Степень централизации тесно связана с нормой управляемости, характеризующей объем задач решаемый руководителем. На практике это определяет число работников подчиненных одному руководителю и для различных уровней АСУ она неодинакова.

Фазы управления

Процесс автоматизированного управления объектом можно представить последовательностью соответствующих фаз.

Различают следующие фазы:

1. Планирование.

2. Регулирование (коррекция).

3. Параметризация.

4. Измерение и учет.

5. Контроль и анализ.

Все фазы управления разделим на два подкласса: основные и обеспечивающие. К основным могут быть отнесены фазы:

а) планирования оптимальной программной траектории управляемой системы на определенный период времени;

б) регулирования (коррекции), т.е. нахождение управляющих воздействий, которые направлены на устранение случайных возмущений.

К обеспечивающим могут быть отнесены фазы:

а) параметризации, т.е. процесс получения основных, относительно постоянно параметров (характеристик) производственных процессов с целью создания адекватных математических моделей управления системы;

б) контроля и анализа, осуществляется проверка соответствия действительного и планового показателей, определения факта и причины возникновения отклонения фактической траектории управляемой системы от программной траектории, а также нахождения величины этого отклонения;

в) измерения и учета, обеспечивается подведение итогов выполнения плана, получения данных о состоянии управляемой системы за определенный промежуток времени.

Поведение экономической системы (предприятие, цех, участок) можно представить некоторой траекторией в фазовом пространстве Rⁿ

x(t) Rⁿ

где 1 - оптимальная траектория,

относящаяся к фазе планирования

2 - действительный процесс

3 - программная траектория

4 - реализуемая траектория

Рассмотрим экономическое содержание фазы управления

В фазе планирования различают расчеты

- объемные, при которых элементы плана рассчитывают на весь плановый период;

- календарные, осуществляющие точную привязку планов к календарным.

В фазе регулирования в зависимости от объектов воздействия различают регулирование:

- запасов;

- затрат на производство;

- производительности;

- календарных планов;

- качества и т.п.

В фазе параметризации (установление и описание параметров) выделяют

- опытно-статистическое нормирование, при котором нормы на параметры устанавливают на основе обработки статистических данных о выполнении работ;

- расчетно-техническое нормирование базируется на методике установления норм на основе данных о технической производительности оборудования, изучение затрат времени с учетом опыта, НОТ и т.д.

В фазе контроля данных различают регулярный и статистический контроль.

Фаза учета состоит из бухгалтерского, оперативного и статистического.

Как видно из схемы, управляющая информация поступает из вышестоящих органов в виде контрольных цифр в ПЭО, где анализируют эту информацию и рекомендуют соответствующие критерии управления. В результате функционирования фазы планирования информации V₁(t) в виде машинных документов попадает в ПЭО.

Далее ПЭО согласует план предприятия с вышестоящими организациями.

На основе решения задач данной фазы формируются задания в отделы МТС V₆(t) и др. Кроме того, информация об объемных планах V₁(t) с целью их детализации поступает в фазу календарного планирования.

Таким образом, комплексами задач данной фазы вырабатывается оптимальная траектория (программа) деятельности предприятия.

С целью определения фактического состояния процесса производства в данный момент времени в фазу учета поступает информация об уровне материальных потоков x₁(t)-x₄(t), в том числе о поступлении и выдаче материалов, комплектующих и прочих изделий со складов, уровень незавершенного производства в основных цехах, количество изготовленных изделий и т.п. Комплексы алгоритмов фазы учета вырабатывают сводные данные y₁(t)-y₄(t) о фактическом ходе производственного процесса, которые поступают в фазы календарного планирования, регулирования, контроля и анализа.

В фазе календарного планирования на основе объемных планов V₁(t) и векторов состояния системы y₁(t)-y₄(t) вырабатывается информация V₂(t), которая поступает в виде календарных планов изготовления деталей, узлов цехами, участками и т.п., в фазу регулирования и в службы управления цехом и ПДО.

В фазе регулирования в случае отклонения хода производственного процесса от запланированного вырабатывается информация V₄(t), направленная на ликвидацию данных отклонений.

Автоматическое и автоматизированное управление

Управление такими сложными объектами как объединение, предприятие, цех, участок связано с необходимостью использования современной теории управления, экономико-математических методов, автоматизацией процессов сбора, передачи и обработки информации.

АСУ - человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации и управления в различных сферах человеческой деятельности (ГОСТ 19675-701). АСУ отличается от САУ.

САУ называется такая система, в функционировании которой человек не принимает непосредственного участия. В САУ информация о процессе, ее переработки и воздействие на процесс осуществляется техническими средствами автоматики без участия диспетчера (оператора). Роль последнего сводится лишь к наблюдению за исправностью как технологического оборудования, так и самой системы управления (рис.1). Имеются и такие САУ, когда оператор вообще отсутствует (например, гидростанции средней мощности) (рис.2).

Автоматизированной системой управления (АСУ) называется такая система, в функционировании которой человек (оператор) принимает непосредственное участие (рис.3,4).

САУ

объект объект

управления управления

с истема система система система O

р егулято- датчиков и регулято- датчиков и

ров преоб-й ров преоб-й

ЭЦВМ ЭЦВМ

Рис.2 Рис.1

С точки зрения процесса управления САУ представляет собой несомненно более совершенное решение, чем АСУ. Последнюю следует рассматривать как промежуточную стадию автоматизации, которая со временем должна быть заменена САУ. Однако, во многих случаях, учитывая состояние техники сегодняшнего дня, человек принципиально необходим для функционирования систем управления; развитие систем и их совершенствование происходит в этих условиях не в направлении исключения человека из сферы управления, а в направлении повышения эффективности работы объекта.

АСУ

объект объект

управления управления

О О О

О O О система О

O датчиков и

преоб-й

ЭЦВМ ЭЦВМ

Рис.3 Рис.4

Центральным элементом в составе технических средств, используемых в АСУ, является ЭВМ. При этом различают два случая их использования:

- первый - ЭВМ разгружает человека от рутинного, нетворческого труда, связанного с выполнением большого числа простейших операций при обработке информации: сортировка, выборка по признаку, суммирование или другие арифметические операции, приведение данных к виду, удобному для использования и т.д. Эти системы называются АСОД. В них сохраняются традиционные способы управления.

- во втором случае одновременно с выполнением функций в рамках АСОД ЭВМ непосредственно участвует в процессе подготовки решений человеку, в решении сложных многокритериальных задач, которые в основном и обеспечивают эффективность управления объектом.

Причины, обуславливающие необходимость участия человека в работе системы управления, следующие:

а) управление большими системами является столь сложной задачей, что на сегодняшний день не удается исключить опыт и интуицию человека из сферы управления. В то же время формализовать этот опыт и запрограммировать работу технических устройств на настоящей стадии развития науки во многих случаях невозможно.

б) надежность современных средств вычислительной техники, из которых компонируется АСУ, хотя и достаточно высока, но все же ограничена. Даже если неисправности АСУ будут относительно редкими и кратковременными, убыток, вызванный отключением АСУ может превысить выгоду, получаемую за периоды исправной работы АСУ. Поэтому в некоторых случаях управляющие воздействия, формируемые устройством переработки информации, рассматриваются как рекомендации и исполняются лишь после подтверждения их оператором.

в) в ряде случаев измерение некоторых параметров, характеризующих протекание процесса, трудно автоматизировать. В таких случаях измерение осуществляется с участием оператора.

Особое место при разработке АСУ имеет рациональное сочетание человека и ЭВМ в процессе управления объектом. В отличии от технических систем, где ЭВМ и техническим устройствам принадлежит ведущая роль, а человек только контролирует их работу, в организационных системах (АСУ) главным звеном управления является человек, а ЭВМ готовит ему информацию и варианты решения. Поэтому в этом случае необходимо учитывать поведение коллектива в системе, моральные и психологические факторы (человеческий фактор).

Классификацию АСУ ведут по следующим признакам:

N	Признаки классификации	Классификация АСУ
1	По уровню управления	ОГАС,ОАСУ,Территориальная АСУ(городa),АСУ для технологической установки, предприятия, комбината, АСУО
2	По характеру произво- дства, виду технологичес-ких процессов	1)Дискретного типа, индивидуальное, мелкосерийное, серийное, массовое 2)Непрерывного типа, периодические, непрерывные, полунепрерывные 3)Непрерывно-дискретного
3	По характеру объекта управления	АСУП, АСУТП, АСНИ, АСУГПС,САПР, АСТПП
4	По типу структуры АСУ	Одноступенчатая, двухступенчатая, трехступенчатая, четырехступенчатая структура
5	По составу автоматизи- рованных подсистем	Технико-экономическое планирование, оперативное планирование, материально-техническое снабжение, бухгалтерский учет, подготовка производства, обслуживание
6	По степени автоматиза- ции информационного процесса (оснащенности АСУ средствами информ.-вычислит. техники)	а)автоматизир. Обработка информации на ЭВМ б) То же в)То же	_ Автоматизиров. Сбор информ. То же	_ _ Автоматиз. Выдача команд и управл. воздейст.
7	Степень автоматизации процессов управления	Информационная, информационно-советующая, информационно-управляющая

Классификация АСУ

Наиболее сложные вопросы возникают на этапе проектирования АСУ. В настоящее время еще не разработана в достаточной степени совокупность параметров АСУ на основании которых можно было бы осуществлять их срав- нение. Однако на основании опыта их проектирования определен ряд признаков по которым ведется классификация АСУ.

Классификация АСУ ведется по следующим признакам:

По уровню управления: ОГАС - автоматизированные системы сбора и обработ- ки информации для учета, планирования и управления н/х на базе ГСВЦ и единой автоматизированной системы связи. ОАСУ - АСУ министерство или ведомства, предназначенная для управления подведомственными организациями.

Территориальные АСУ - предназначены для управления республикой, областью, районом, как автономно, так и в составе ОАСУ, ОГАС.

АСУ объединений, предприятий

Интегрированная АСУ - объединяются в одну систему АСУП, АСУГП, САПР, АСНИ, ГПС.