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

При разработке классификаторов на материалы, покупные изделия и запасные части следует брать за основу Всесоюзный классификатор информации с учетом специфических условий, в которых будет функционировать создаваемая АСУ. Это не только упрощает сам процесс шифрования, но и обеспечивает эффективный обмен информацией между системой и внешней средой.

Разрабатываемая система шифров для конкретной системы управления должна получить дальнейшее развитие и обладать свойствами полноты, т. е. охватывать все виды циркулирую­ щей внутри системы информации, имея в виду, что Общесо­ юзный классификатор не всегда удовлетворяет этому условию.

Принимаемые шифры локального значения должны удов­ летворять требованиям однозначности и связности, обеспечи­ вающей простую перешифровку в общепринятую систему Общесоюзного классификатора или другие системы шифров всесоюзного значения.

7*

8.

ЗАДАЧИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Управляемые комплексы характеризуются выявленными закономерностями, определяющими качественную природу протекающих внутри их процессов, а также количественным соотношением между соответствующими переменными и па­ раметрами системы.

Когда изучена и определена внутренняя природа управ­ ляемых процессов и созданы формульные соотношения для их

особенности всех звеньев управляемого объекта, а затем из отдельных подсистем и связующих элементов находится оп­ тимальная структура системы в целом. Эти две стадии пред­ ставляют процессы анализа действующих и синтеза создавае­ мых систем.

На первом этапе соответствие системы управления своему назначению достигается путем изучения поведения управляе­

щего объекта ведется более целеустремленно и эффективно.

Анализ функционирующей системы, как реального физиче­ ского объекта, связан с детальным изучением элементов уп-

180

равляемого комплекса, разделением его на обособленные уп­ равляющие подсистемы, выявлением ступеней установившейся иерархии управления, определением информационной схемы взаимодействия между отдельными звеньями существующей структуры и формулированием конечной цели функциониро­ вания всего объекта.

В программу обследования всех подразделений и элементов системы входит изучение их функции, выделение решаемых при этом задач и правовое обеспечение. При этом в каждом из таких элементов определяются свойства, делающие соот­ ветствующий элемент или их совокупность составной частью вновь создаваемой системы управления.

Одновременно должны быть выявлены процессы, которые могут быть объединены по своим функциям в соответственные подсистемы АСУ и установлены причинно-следственные связи между ними.

Проведение этой работы позволяет наметить полюсы ло­ кальных систем управления будущей АСУ и определить огра­ ничения для протекающих в них процессов.

Известно, что взаимосвязь между процессами реализуется и проявляется через движение потоков информации. Особо тщательно должны быть изучены реально существующие ин­ формационные потоки с точки зрения источников их возник­ новения, периодичности и частоты съема первичных данных, методов их формирования и степени использования циркули­ рующей внутри объекта информации. Одновременно должно быть установлено наличие избыточной и выявлены объемы недостающей информации. Для каждой задачи определяется входная информация, необходимая для ее решения.

Изучение и анализ потоков информации значительно упро­ щаются при использовании заранее составленной информаци­ онной схемы, отражающей в наглядной форме все связи между источниками и приемниками формируемых сведений. На схеме необходимо выделить места возникновения произ­ водной информации.

На основе полученных при обследовании результатов должна быть составлена структурная схема изучаемого ком­ плекса с установлением всех уровней управления и выделе­ нием функционально-замкнутых подсистем.

Детальный анализ существующей системы управления ча­ сто приводит к необходимости ее последующего совершен­ ствования. При этом детально изучаются условия рациональ­ ного распределения и выполнения функций управления и на­ мечаются способы минимизации совокупной информации для

181

обеспечения функционирования всей системы по принятому алгоритму.

В процессе обследования желательно выявить неприемле­ мые ситуации, возникающие в условиях эксплуатации объекта, и установить способы их ликвидации. Также должны быть собраны имеющиеся инструкции и утвержденные регламенты по ведению отдельных процессов и их координации. Многие из этих инструкций в последующем могут стать основой для разработки эвристических управляющих программ.

На основе собранного и изученного материала следует совместить функционально-структурную схему управления с информационной схемой и проанализировать их с точки зре­ ния соответствия и полноты получаемых данных для всех звеньев и уровней функционирующего комплекса, а также и для вновь проектируемой системы. Недостаточность полу­ чаемой информации для любого звена рассматриваемой си­ стемы является одной из причин принятия неэффективных решений при управлении.

На указанной стадии изучения процессов управления должны быть выработаны требования в отношении упорядо­ чения действующего документооборота, используемой техни­ ческой документации и нормативного хозяйства.

Выделенные и достаточно четко определенные контуры локальных систем позволяют перейти к построению и изу­ чению модели функционирования всей системы.

При возможности следует определить информационные вы ­ ходные потоки для связи локальных объектов с общей систе­ мой управления. При таком подходе каждый из объектов будет представлять собой самостоятельно замкнутую систему управления («черный ящик»), связанную с общей системой только входными и выходными информационными потоками.

Локальные объекты сводятся по заранее выбранным при­ знакам общности в соответствующие группы, для каждой йз которых устанавливается ее местонахождение в формируемой структурной схеме. Система формируется из такого рода одно­ родных групп, объединенных по признакам общности их роли в управлении. Одновременно выявляются и задачи управле­ ния для каждой из групп и определяются характеристики информационных потоков между отдельными ступенями иерархической структуры.

Чрезмерная громоздкость структурной схемы АСУ и слож­ ность алгоритмов поиска управляющих воздействий часто осложняет функции управления для системы в целом и осо­ бенно для ее высших ступеней.

182

Качество управления создаваемой системы зависит от свое­ временного получения и переработки информации о состоянии протекающих на всех уровнях процессов и эффективного ис­ пользования наиболее совершенных математических методов и моделей.

Каждая из создаваемых АСУ располагает определенной мощностью органов управления, что ограничивает количество одновременно решаемых задач. Поэтому должна быть обеспе­ чена соответствующая согласованность отдельных рангов си­ стемы в части наиболее рационального распределения решае­ мых задач как в пространстве, так и во времени.

Процесс синтезирования сложных систем должен начи­ наться с выделения и детального изучения обособленных как локально-замкнутых, так и разомкнутых систем, являющихся в последующем основными звеньями всего управляемого ком­ плекса. В каждой из таких систем должны быть точно опре­ делены их информационные входы и выходы, с помощью которых в последующем будет осуществляться формирование общей системы. Попутно должны быть определены хотя бы в предварительном порядке характеристики входной и выход­ ной информации для каждого из этих звеньев. Это позволит в последующем рассматривать АСУ как совокупность отдель­ ных локальных систем, взаимосвязанных между собой инфор­ мационными потоками.

Основная трудность, с которой приходится сталкиваться при синтезе сложных систем, состоит в том, что при создании локальных моделей ее отдельных элементов используются различные методы и показатели моделирования. Это создает трудности при их последующем сочленении. Поэтому создание автоматизированных систем управления целесообразно начи­ нать с разработки инструктивно-методических материалов, учитывающих основные требования как в системе в целом, так и к ее отдельным элементам.

Сложность управления определяется и характером связей между элементами системы. Многие из них по своей природе оказываются неустойчивыми, нерегулярными, что нарушает стабилизацию управляемого комплекса и требует применения развитой системы контроля для своевременного принятия мер при отклонении соответствующих процессов от установленных критериев.

Таковы общие приемы при автоматизации процессов уп­ равления на действующих объектах. Часто принимаемая иерархическая структура копирует уже сложившуюся схему соподчиненности отдельных рангов управления. В основу

183

информационных связей в этом случае принимается действую­ щая схема документооборота, правда, со значительными кор­ рективами как потоков информации, так и состава первичной документации. В ряде случаев оказывают влияние на функ­ ционирование создаваемой АСУ и другие факторы действую­ щей системы управления.

Более рациональную схему вновь создаваемых АСУ можно получить при разработке проектов промышленных и админи­ стративно-хозяйственных комплексов. Параллельно с проек­ тированием основных процессов таких комплексов должны разрабатываться и предложения по автоматизации их процес­ сов управления.

Изучение реально действующей системы управления по­ зволяет проанализировать каждую из ее обособленных под­ систем, установить локальные задачи управления и выявить прямые и корреляционные связи между процессами.

Анализ условий эксплуатации действующей системы по­ зволяет определить в ряде случаев количественные показа­ тели качества функционирования локальных процессов и под­ систем.

Взависимости от конкретных объектов могут применяться

иразличные методы их обследования. Сплошным обследова­ нием охватываются специфические (неповторяющиеся) под­ разделения. Обследование однородных (типовых) подразделе­ ний может осуществляться с помощью выборочных методов.

Результаты обследования объекта фиксируются в специ­ ально разработанных для этого формах и в пояснительной записке. Особое внимание в ней следует уделить наличию случайных факторов, действующих как на локальные про­ цессы, так и на систему в целом. Необходимо выявить природу случайных возмущений, характер распределения их во вре­ мени, степень воздействия на другие процессы.

Значительный интерес представляют также сведения, по­ зволяющие выработать рекомендации относительно критерия оптимальности проектируемой системы.

Проектирование автоматизированных систем управления основано на объединении предварительно изученных объектов и процессов в управляемом комплексе. Процесс интеграции элементов и частей создаваемой АСУ обеспечивается реализа­ цией определенного круга управленческих задач, охватываю­ щих различные стороны функционирования системы.

Формирование проектируемой системы управления дости­ гается с помощью процессов синтеза предварительно-оптими­ зированных локальных объектов и процессов, объединяемых

184

в одно целое с помощью специально выбранных для этого тех­ нических средств.

Синтез системы целесообразно проводить в два этапа. На первом из них определяются критерии качества функциони­ рования и ограничения системы, производится оценка и при необходимости замена существующих подсистем и блоков на более эффективные, формируются отдельные модели ло­ кальных процессов АСУ с привязкой их к реальным условиям будущей эксплуатации, выбираются технические средства для формирования, передачи и переработки информации. При этом разрабатывается и изучается ряд вариантов АСУ. В резуль­ тате оценки стоимости и эффективности каждого варианта выбирается наилучший из них, который и кладется в основу создания АСУ.

На втором этапе принимается окончательная организацион­ ная структура, обеспечивающая взаимодействие отдельно оп­ тимизированных подсистем и блоков (задач), формируются уточненные решения по комплексному техническому, матема­ тическому и правовому обеспечению системы, а также осуще­ ствляется уточненный расчет стоимости и эффективности вновь создаваемой АСУ.

В результате определяется число самостоятельных объек­ тов в управляемом комплексе, число линейных и функцио­ нальных подразделений аппарата управления, число уровней в иерархии системы, общий объем обрабатываемой информа­ ции, доля затрат на содержание техники в объеме общих затрат на управление.

В создании управляющих систем большую роль играют во­ просы математического моделирования.

Взаимосвязи между объектами системы выявляются на основе рабочих гипотез, математическая интерпретация кото­ рых углубляет знания о природе изучаемых явлений и воспро­ изводит все многообразие возможных взаимодействий между отдельными подразделениями управляемого комплекса.

Создание рабочей гипотезы о функционировании АСУ и ее математическое воспроизведение связаны с выявлением основ­ ных закономерностей циркулирующих внутри системы про­ цессов, последующее моделирование которых для различных условий их протекания и взаимодействия позволяет опреде­ лять поведение всего объекта.

Построение рабочей гипотезы для каждого из процессов осуществляется на основе его детального изучения и строгой формализации. В первую очередь решается вопрос об уста­ новлении основных параметров процесса и выборе выходных

185

переменных, характеризующих его состояние. Совокупность этих величин кладется в основу математического описания и обеспечивает полноту контроля за состоянием и развитием процесса.

Математическое описание исследуемых процессов часто бывает связано с установлением количественных значений входящих в уравнение коэффициентов и показателей. Дости­ гается это статистической обработкой имеющихся результа­ тивных данных о функционировании объекта и постановкой надлежащим образом организованного эксперимента. Для не­ прерывно действующих процессов часто прибегают к снятию статистических и динамических характеристик объекта.

Многообразие внутренних структурных связей между объектами и подсистемами, а также наличие противоречивых ограничений осложняет задачу по полному выявлению их функций и взаимодействий между ними.

При разработке функциональной схемы следует учитывать необходимость подавления внешних возмущений и помех, действующих как на всю систему, так и на ее отдельные объекты и процессы.

Целесообразность выделения функциональных подсистем определяется принципом минимизации взаимодействия между ними. Отдельные подсистемы в период устойчивого состояния должны действовать с наибольшей автономией. Чем шире диа­ пазон изменений, учитываемый такими подсистемами, тем более рационально может быть построена и организационная структура системы. Построение функциональной схемы вносит ясность в протекающие внутри системы физические процессы и является основой для определения режимов работы соответ­ ствующих объектов.

Целостность и сложность поведения всей системы опреде­ ляется не только взаимосвязью ее отдельных подсистем и элементов, но и наличием петель обратных связей.

Многообразие связей и взаимодействий между элементами подсистемы и наличие противоречивых добавочных условий и ограничений усложняет задачу выбора оптимальной органи­ зации системы и предопределяет необходимость использования иерархической структуры для рационального распределения функций управления между отдельными уровнями системы.

Особое внимание при этом должно быть обращено на точ­ ное соответствие присвоенных каждому уровню функций уп­ равления и предоставление права распоряжаться соответ­ ствующими ресурсами и контрольными операциями.

Следует иметь в виду, что наличие пересекающихся свя-

186

9.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СОЗДАНИИ И ВНЕДРЕНИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

требования к условиям ее эксплуатации, а также к прове­ дению необходимых организационных мероприятий.

Автоматизированные системы управления могут функцио­ нировать и рационально использоваться в условиях: инфор­ мационной совместимости всех локальных процессов, единства их математического обеспечения, комплексного использования исходной информации на всех уровнях управления, наличия общей методологии при построении всех звеньев системы.

Система должна работать как единое целое, обеспечивать надежный и непрерывный информационный обмен между всеми ее ступенями и звеньями. Достигается это правильным выбором совместимых технических средств для оборудования всех уровней управления и контроля, а также полноценным математическим обеспечением.

Решение этих задач связано с проведением большого объема подготовительных работ по уточнению и упорядочению исходных данных, по изучению и формализации протекающих процессов и способов обработки информации на ЭВМ.

Во всех случаях анализ функционирования и данные об­ следования объектов управления являются основой решения возникающих при построении системы задач.

В большинстве случаев на первом этапе внедрения слож­ ных систем управления при разработке информационных мо­ делей ориентируются на существующие схемы потоков инфор­ мации с учетом их коррекции и доработки. Последнее вызы ­ вается в основном уточнением функций управления внутри системы и изменением информационного содержания и струк-

188