N(t) - возмущающее воздействие

 

Рис.2. Схема замкнутой системы управления

 

Отклонение регулируемой величины от заданного значения в системе управления может быть вызвано различными возмущающими воздействиями (изменениями внешних факторов, параметров системы, или же изменениями задающего воздействия). Поскольку в замкнутых системах управления регулирующее воздействие получается в результате преобразования отклонения, которое может быть вызвано любым из перечисленных выше факторов, то такие системы стремятся уменьшить отклонение независимо от того, какими из этих факторов оно вызвано. В этом состоит особенность замкнутых систем по сравнению с разомкнутыми системами управления.

Разомкнутая система управления - это система, состоящая из последовательно или параллельно включенных звеньев, не охваченных обратной связью. Схема разомкнутой системы управления дана на рис. 3. В разомкнутых системах управления имеется принципиальная возможность достичь инвариантности системы автоматического управления относительно внешних возмущений, для чего необходимо точное измерение внешних возмущений и точное знание характеристик объекта управления. Недостатком разомкнутых систем управления является то, что в ней не компенсируются ошибки управления, связанные с неточным измерением, или неполным учетом знаний, или нестабильностью (дрейфом) характеристик объекта управления.

 

f1(t) ….. fn(t)

 

Объект

регулятор

u(t) x(t)

 

Рис. 3. Схема разомкнутой системы управления.

 

 

Из определения понятия "сиcтема" следует, что систему ограничивает некоторое множество элементов. При этом предполагается, что может существовать множество элементов за пределами системы, с некоторыми она взаимодействует. Это множество принято называть внешней средой. В процессе управления экономический объект получает внешнее управляющее воздействие от внешней среды в виде систем более высокого уровня, а также от однотипных систем. Систему, не имеющую связь с внешней средой, называют изолированной. Система, у которой есть связь с внешней средой, называют открытой. Если объект определен как открытая система, то возникает вопрос: какие элементы включить в систему, а какие к внешней среде. Например: один и тот же объект – цех может быть представлен различными исследователями в виде различных систем: для экономиста систему "цех" составляют станки, предметы труда, сырье, материальные, финансовые и энергетические потоки и т.д. Внешняя среда: смежные цеха, склады заготовок и готовых продукции, администрация завода. Для психолога систему "цех" составляют: отдельные люди - работники цеха, коллективы участков. И психолога интересуют связи психологического типа, а не материальные или финансовые потоки. Определяя объект как систему, исследователь с указанных позиций выделяет систему из внешней среды (очерчивает границы системы) указывает входные и выходные связи, устанавливает факторы, которыми должны описываться состояние системы.

Детерминированные системы - системы, процессы в которых взаимосвязаны так, что можно проследить цепь причин и следствий. Детерминизм тесно связан со степенью организации системы. К детерминированным системам относятся системы автоматического управления, состоящие из элементов, у которых каждому значению входных воздействий отвечают вполне определенные значения выходных переменных, скорости и ускорения их изменения. Такие элементы описываются в статическом режиме - алгебраическими, а в динамическом режиме - дифференциальными или интегральными уравнениями.

Противоположными относительно динамических систем являются стохастические (вероятностные) системы, в которых нет определенного соотношения между входами и выходами, а можно установить только некоторые вероятностные соотношения между ними.

Система автоматического управления (САУ) - комплекс устройств для автоматического изменения параметров объекта управления с целью поддержания желаемого режима работы объекта [21]. В САУ, в отличие от автоматизированной системы, получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется автоматически без участия человека. Роль человека в этих системах сводится лишь к наблюдению за работой машины, выполнению функций контроля. Автоматические системы применяются для управления техническими объектами и технологическими процессами. Они работают в реальном масштабе времени, т.е. режиме производственных операций.

Автоматизированная система управления (АСУ) - система типа «человек-машина» для комплексной автоматизации процессов управления производством с применением экономико-математических методов [21]. ГОСТ 34.003-90 [18] автоматизированную систему определяет, как состоящую из персонала и комплекса средств автоматизации ее деятельности, реализующую информационную технологию выполнения установленных функций. В АСУ получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется частично автоматически, а частично с участием людей-операторов. Развитие ВТ дало возможность резко увеличить объем и скорость обработки информации, что позволило создавать автоматизированные системы управления предприятием, автоматизированные диспетчерские системы и т.д. Принципиальное отличие АСУ от традиционной системы управления состоит в том, что в АСУ часть управленческих работ, а именно сбор, анализ, преобразование информации выполняется с помощью средств вычислительной техники.

Под АСУ понимается человеко-машинная система, использующая современные экономико-математические методы, средства вычислительной техники и связи, для оптимизации процесса управления объектом. АСУ обладает всеми чертами сложных технических систем.

Производственное предприятие как кибернетическая система представляет собой набор элементов, соединенных каналами связи. Каждый элемент системы характеризуется некоторым набором параметров, определяющих состояние элемента. Параметр состояния изменяется под воздействием входного сигнала, поступающего на вход системы, а изменение состояния элемента передается через выходные каналы на другие элементы системы. Кибернетическое представление системы управления производством дано на рис. 4. В качестве элементов системы выделены поставщики и потребители продукции, находящиеся вне производственного предприятия (в качестве внешней среды), ресурсы, производственный процесс, продукция и блок управления. В системе осуществляются материальные и информационные потоки.

 

материальные потоки информационные потоки

 

Рис. 4. Кибернетическая модель управления производством

 

 

Систему, реализующую функции управления, обычно называют системой управления, в которой выделяют управляющую и управляемую системы. Управляющая система осуществляет функции управления, направленные на выполнение общей цели функционирования экономического объекта в целом и подцелей - для его подразделений. Управляемая система (объект управления), выполняет функции, связанные с производством и выпуском готовой продукции или с выполнением общественно необходимых работ, для чего используются потоки материальных, энергетических и других видов ресурсов. Объектом управления в АСУ могут стать рабочие места, конвейер, участок, цех, предприятия объединения и т.д.

К управляющей части системы относится управляющий персонал. Управляющая и управляемая системы связаны между собой посредством информации. От объекта управления в управляющую систему поступает экономическая информация о ходе производственного процесса и результатах производственно-хозяйственной деятельности. Аппарат управляющей системы в лице руководителей отделов и служб использует полученные сведения для выработки и принятия управленческих решений, которые передаются в управляемую систему для исполнения.

Управление связано с обменом информацией между компонентами системы, а также данной системы с окружающей средой. Таким образом, управляющая и управляемая системы имеют обратную связь, сущность которой состоит в том, что связь осуществляется от выхода к входу рассматриваемого участка, в качестве которого может быть как объект управления, так и любой элемент системы. При передаче выходного сигнала на ее вход образуется обратная связь. Обратная связь позволяет контролировать и учитывать действительное состояние управляемой системы и вносить соответствующие коррективы в алгоритм управления. В кибернетике различают положительную и отрицательную обратную связь. Положительная обратная связь приводит к ускоренному развитию процессов и колебательным процессам. Отрицательная обратная связь используют с целью повышения устойчивости, улучшения переходных процессов и понижения чувствительности.

Эффективное управление экономическим объектом возможно при наличии двухсторонней связи между объектом управления и управляющей системой. В управляющую часть информации поступает от вышестоящих организаций и от объекта управления (сведения о поступлении материалов, деталей, комплектующих изделий, о наличие рабочей силы, о выпуске и о качестве продукции, затратах материалов и труда и причинах нарушающих нормальное протекание производственных процессов - о срыве поступления материалов, поломках оборудования, браке). Если информации нет или ее недостаточно, то руководитель либо остановит процесс управления, либо заменит отсутствующую информацию субъективными оценками. Сложнее всего принимать решения при недостаточности и недостоверности информации. Чтобы ориентироваться в потоке информации, необходимо научится выбирать ценную, необходимо заботиться о форме ее подачи.

Для изучения системы возможно использование нескольких подходов. Изучение функций системы производится функциональным подходом. Функция - есть проявление взаимодействия системы с внешней средой. Для объяснения функционирования системы изнутри, т.е. для определения устройства (структуры) используется структурный подход. При одновременном анализе внутреннего устройства и ее взаимодействия с внешней средой могут использоваться оба подхода в единстве, возникает структурно-функциональный подход. Под внешней средой понимается, совокупность всех систем, кроме той системы, которая образуется в соответствии с поставленной целью. Где под целью следует понимать состояние, к которому направлена тенденция развития системы. Система взаимодействует с внешней средой, которая проявляется во внешним входным и выходным связями. По своему характеру эти связи можно разделить на информационные и материальные. На входе системы задаются цель и ресурсы, на выходе системы формируется информация о результате функционирования системы.

Все многообразие систем автоматизированного управления в зависимости от назначения можно условно разбить на классы, группы и подгруппы. РД 50-680-88 [43] автоматизированные системы разделяет на: автоматизированные системы управления (отраслевая автоматизированная система управления (ОАСУ), автоматизированная система управления предприятием (АСУП), автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированная система управления гибкими производственными системами (АСУ ГПС) и др.), система автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированная система научных исследований (АСНИ), автоматизированная система обработки и передачи информации (АСОИ), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП), автоматизированная система контроля и испытаний (АСК), системы, автоматизирующие сочетания различных видов деятельности (Рис. 5.).

 

Рис. 5. Иерархическая взаимосвязь автоматизированных информационных систем

 

С помощью автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) на этапе научной подготовки производства анализируется накопленный опыт и на их основе осуществляется прогнозирование, исследование и обобщение научных разработок. АСНИ решает задачи научных исследований: выполнение теоретических расчетов, обработка больших объемов измерительной информации, поиск научно-технической информации, проектирование и изготовление узлов экспериментальных установок, управление ходом эксперимента, сбор и накопление данных, оперативное сопоставление результатов эксперимента с теорией, моделирование экспериментов и др.

Целью системы автоматизированного проектирования (САПР) является получение конструкторской и технологической документации на машинных носителях, получение программ управления для станков с ЧПУ, роботизированных комплексов и гибких производственных модулей. От качества конструкторской подготовки производства во многом зависит качество выпускаемых машин, по этому при конструировании машин и механизмов усилия конструкторов должны быть направлены на поиски принципиально новых решений и изобретение конструкций, превосходящих существующие по всем основным показателям: по производительности, точности, надежности, гибкости, степени автоматизации, металлоемкости, экономической эффективности. Лишь на этапе конструирования в полной мере можно из различных вариантов выбрать оптимальное решение. При проектировании можно выделить широкий класс задач связанных с расчетами деталей машин и механизмов на прочность, надежность, а также кинематический и динамический анализ в том числе задач связанные с моделированием различных систем, успешное решение которых возможно только с применением различных автоматизированных систем проектирования. Сегодня наиболее распространенными САПР являются
AutoCAD, CАD-CАМ, PiCAD, СПРУТ, КОМПАС и т.д.

Автоматизированная система управления предприятием является самым распространенным видом АСУ низшего звена, которая на основе экономико-математических методов регулирует и решает основные задачи управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

Автоматические системы управления технологическими процессами наиболее широко применяются в промышленности, и в первую очередь, в отраслях, имеющих непрерывные технологические процессы. В металлургической промышленности АСУТП используется для управления плавкой стали, процессом получения чугуна т.п.; в химической - для управления технологическими процессами производства аммиака, азотной и серной кислоты и т.п. В машиностроении автоматизация технологических процессов осуществляется за счет применения станков с ЧПУ, гибких производственных модулей.

Коренное отличие АСУТП от АСУП заключается в том, что:

1. Управление технологическим процессом - информационный процесс, обеспечивающий выполнение материального процесса в соответствии с установленными целями. Технологическим процессом также управляют люди, но они воздействуют на средства производства и предметы труда;

2. Управление технологическим процессом направлено на производство материальных благ или услуг, а не руководство другими работниками.

3. При управлении технологическим процессом осуществляется координация движения составляющих производственного процесса, отдельных операций технологического процесса, а не людей.

4. Управление осуществляется циклично, длительность которого зависит от уровня управления. Самый короткий цикл управления называется основным. Для управления технологическими процессами используются короткие циклы управления, до непрерывного. Длительность его определяется оборудованием и технологическим процессом.

Общегосударственные системы сбора и обработки информации предназначены для учета, планирования и управления, решают проблемы организационного, методологического и технического единства всех автоматизированных систем управления в рамках страны. Одним из последних разработанных и внедряемых общегосударственных управляющих систем является ОГАС "ВЫБОРЫ".