Кибернетическая модель управления качеством

Управление – это совокупность действий, выбранных на основании информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования объекта и соответствии с имеющейся программой или целью функционирования. Аналогом слова «управление» в английском языке является слово «management».

Управление качеством продукции – это совокупность действий, выбранных на основании необходимой информации и направленных на установление и обеспечение оптимального уровня качества при разработке или модернизации, обеспечение этого уровня при изготовлении и поддержание при применении.

Более широкая область применения слова «управление» позволяет использовать понятия и методы, применяемые в теории управления - кибернетики. Применительно к управлению качеством с помощью этих методов можно построить модели, позволяющие глубже проникнуть в механизмы формирования и поддержания качества, описывать процессы создания продукции на языке этой теории.

Современное производство представляет собой сложную систему, в которой переплетаются разнообразные и многочисленные материальные, информационные и финансовые процессы, требующие координации и управления. В общем случае под системой понимается совокупность взаимосвязанных элементов; т.е. это множество объектов, между которыми существуют определенные связи и которые функционируют как единое целое.

Существуют различные способы графической интерпретации управляемой системы. Простейшая структура управляемой системы представлена на рис. 2.3 она представляет собой совокупность управляющей и управляемой частей. Стрелками отражается факт воздействия этих частей одна на другую.

 

Рис. 2.3 Простейшая структура управляемой системы

 

На систему оказывают воздействие внешние факторы. Эти внешние воздействия называются входными воздействиями. Элементы системы, к которым прикладываются входные воздействия, называются входами системы. Входные воздействия могут быть управляющими и возмущающими. Управляющими являются такие воздействия, с помощью которых осуществляется управление системой. Возмущающие воздействия оказывают негативное влияние на управление системой.

Воздействие системы на окружающую среду осуществляются через выходы системы (рис. 2.4).

 

Рис. 2.4 Схема управляемой системы с входами и выходами

 

На схеме представлена управляемая система, имеющая n входов , m выходов  и L возмущающих воздействий .

В качестве примера рассмотрим систему управления автомобилем, т.е. систему «человек-автомобиль». Управляющая часть этой системы – человек, водитель. Управляемая часть – автомобиль, а более конкретно – двигатель и механизмы управления – рулевое управление и тормозная система. Другие части автомобиля – трансмиссия, ходовая часть, электрооборудование, кузов – не подвергаются управляющим воздействиям в процессе движения. Состояние управляемой части автомобиля характеризуется двумя величинами – количеством горючей смеси (), подаваемой в двигатель в единицу времени, и углом поворота руля относительно установленного начального положения (). Состояние  всей системы, включающей управляемую и управляющую части, характеризуется скоростью () и направлением движения (). Шофер автомобиля управляет движением за счет изменения величин  и , в результате чего изменяются величины  и . Поэтому величины  и  целесообразно считать входами, или входными величинами управляемой части, а величины  и  – выходами или выходными величинами управляемой системы. Причем выходы на соответствующей схеме также целесообразно отнести к управляемой части этой системы, поскольку к ней отнесены выходы (рис. 2.5).

 

Рис. 2.5 Общая схема управления автомобилем (разомкнутая система управления)

 

Управляемая часть управляемой системы названа объектом управления (ОУ), управляющая – субъектом управления (СУ). Стрелки от СУ к входам  и  означают управляющие воздействия, которые заключаются в изменении значений этих величин.

Верхний прямоугольник ОУ обозначает тот процесс, который преобразовывает входы и выходы и управление которым осуществляется изменением переменных величин этого процесса. На математическом языке это преобразование можно представить в виде

,

где  - вектор входных величин,  - вектор выходных величин,  - преобразование, осуществляемое в системе. В рассматриваемом примере это преобразование может быть выражено в виде аналитической зависимости, во многих других случаях оно может быть достаточно сложным и не выражаться в аналитическом виде.

Управление это такая организация процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей. В примере с автомобилем процесс – это движение по заданному маршруту и целью управления является поддержание заданных параметров в каждой точке маршрута. Эта цель достигается воздействием человека на подвергаемые изменениям величины системы, названные входами, или входными величинами. Такие системы управления, в которых для формирования управляющих воздействий не используется информация о значениях управляемых величин, принимаемых ими в процессе управления, называются разомкнутыми системами управления.

Системы, в которых для формирования управляющих воздействий используется информация о значениях управляемых величин, называются замкнутыми системами, или системами управления с обратной связью. Обратная связь – это связь между выходом У и входом Х, в ней передача воздействий направлена в сторону, противоположную направлению передачи воздействий в самом объекте управления. По аналогии разомкнутую систему можно назвать системой с прямой связью (рис. 2.6). Стрелки, соответствующие  и  к СУ символизируют обратную связь, продолжением которой являются стрелки от СУ к  и . От СУ к  и  идут по две стрелки, одна из которых соответствует обратной связи, а другая – прямой.

В общем случае это может означать, что на одних участках процесса осуществляется прямая связь, а на других – обратная. Так, применительно к движению автомобиля на участках пути со сложным рельефом должна осуществляться прямая связь, а на ровном прямом участке водитель может отвлечься от управления на некоторое время и через это время компенсировать возникающее отклонение от прямолинейного курса.

 

Рис. 2.6 Система управления с прямой и обратной связями

Функция  преобразования величин  и в управляющие сигналы так же, как и функция  преобразования  и  в  и  может иметь, а может не иметь аналитического выражения. В частности, в рассматриваемом примере это преобразование осуществляется в мозге человека, где сенсорно воспринимаемая информация преобразуется в физические действия, что затрудняет аналитическое описание этого преобразования. Эта задача упрощается, если управляющие воздействия вырабатываются на основе рассогласования, т.е. разности между теми значениями выходных величин  и , которые должны быть исходя из задачи управления, и теми которые получены на самом деле т.е. .

Для получения величины этого рассогласования в схеме предусматривается устройство сравнения (УС), которому, таким образом передается часть функций СУ (рис. 2.7)

Рис. 2.7 Кибернетическая система управления производством,

входы: 1 – средства труда, 2 – предметы труда, 3 – труд, 4 – документация

 

Другой общий случай такого управления может применяться для описания управления производством, где один обобщенный вход означает средства труда. Одни виды оборудования могут управляться с помощью прямой связи, например токарные станки, другие – с помощью обратной связи, например автоматические линии.

Применительно к производству структура управляемой системы может быть представлена следующим образом. Элементами системы являются все составные части производственного процесса – оборудование (средства труда), детали, сборочные единицы, материалы (предметы труда), исполнители, документация. Эти элементы подвержены изменениям, поэтому на схеме их можно представить в виде входов в управляемую часть. Выходом является продукция. Продукция должна удовлетворять требованиям, зафиксированным в документации. Эти требования можно рассматривать как критерии для выхода системы. Совокупность параметров входов – это входные величины, параметры продукции – выходные, управляемые величины (рис. 2.7).

 Прямоугольник ОУ символизирует управляемую часть системы, элементами которой являются входы. Прямоугольник СУ соответствует управляющей части системы, элементами которой являются руководители различных уровней. Круг УС соответствует контрольному органу, элементами которого являются подразделения и отдельные работники отдела технического контроля. Прямоугольник «Требования» соответствует совокупности требований на показатели качества продукции. Эти требования содержатся в документации на эту продукцию.

Понятие «кибернетическая система» может относиться как к простейшим устройствам, как например тепловое реле, так и к сложным системам – техническим, таким, как автомобиль, самолет, и социальным, таким как производство. В последнем случае соответствующую систему можно представить совокупность систем, взаимодействующих между собой, в которой выходы одних частей системы могут быть входами других частей, выходы некоторых из них могут быть входами в несколько других частей. Применительно к производству, например машиностроительному, это обусловлено наличием разных цехов – литейных, кузнечных, инструментальных, механических, сборочных. Продукция некоторых цехов, например инструментального, является входом для механических и сборочных. Отдельный цех может быть представлен как совокупность ряда систем, каждая из которых соответствует одной или нескольким технологическим операциям.

Несмотря на значительные упрощения при создании моделей управления для управления производственными процессами полностью описать с помощью кибернетических моделей такие социальные объекты – задача весьма сложная. Для таких объектов задача решается с помощью формирования и реализации обобщенных функций управления: прогнозирование и планирование, организация, регулирование, стимулирование, контроль и учет. Содержание этих функций раскрывается при рассмотрении комплексной схемы повышения эффективности производства (КСПЭП). Субъектами управления являются руководители различных уровней в организациях, осуществляющих разработку, изготовление и применение продукции, т.е. в субъектах хозяйственной деятельности.

ЛЕКЦИЯ №11