книги / Справочник проектировщика систем автоматизации управления производством

нологических режимов)

Для примера в табл. П.З приведена укрупненная технология работы диспетчера (подсистема оперативного управления).

Каждый пункт укрупненного технологического процесса, приведенного в табл. II.3, рекомендуется подробно разработать и представить в виде технологической карты управления. Задачи в таблице не равноценны и обобщены и для конкретных предприя­ тий должны уточняться.

5. ДЕКОМПОЗИЦИЯ АСУ

Сложность управления. Сложность структуры определяется числом элементов и связей между ними. Число элементов на. предприятии можно оценить количеством персонала, номенклатурой, средств труда, предметов труда, готовой продукции и т. п., а количество связей — количеством информации, используемой для управления. Количество связей зависит от количества элементов.

Современное производство — сложная система, состоящая из тысяч элементов и связей. Усложнение производства требует усложнения управления, иначе управле­ ние не будет учитывать всей сложности производства и не обеспечит высокого качества управления.

Сложности производства управляющая система противопоставляет два основных направления своей деятельности: упрощение производства; совершенствование и в определенной мере усложнение управления.

Второе направление включает: увеличение численности аппарата управления, совершенствование его структуры, организации, подготовки, использования совре­ менных методов управления и технических средств.

Совершенствование структуры и организации управления, использование совре­ менных методов — наиболее экономичные способы снижения сложности и ими стоит заниматься в первую очередь.

И производство и управляющая система имеют две тенденции: усложнения и упрощения. Непосредственной причиной усложнения производства является рост потребностей общества, сопровождаемый развитием науки и техники. Основная при­ чина усложнения управления производства заключается в усложнении производства и его росте.

Усложнение производства косвенно, поощряется вышестоящими организациями (планами, стимулирующими оценками — категоршшостыо, ценами, премиальными системами и т. д.). Стимулирование направлено на рост производства, освоение новых видов продукции, более сложных современных процессов и т. д.

Деятельность всего персонала производства так или иначе направлена на сниже­ ние сложности производства. Она начинается на стадии планирования освоения новой

продукции и продолжается на всех стадиях производства и в течение всего времени, пока продукция производится.

На стадии планирования освоения новой продукции предприятие осуществляет контроль за степенью подготовленности документации, технологичностью, экономич­ ностью нового изделия, осуществляет по возможности отбор лучших изделий, т. е. всячески стремится снизить увеличивающуюся сложность производства.

Впроцессе подготовки производства «борьбу» со сложностью ведут конструкторы

итехнологи. Их деятельность направлена на использование имеющихся деталей и узлов, процессов, оборудования и оснастки, имеющегося персонала и т. д.

Вся деятельность по снижению сложности стимулируется. С одной стороны, при снижении сложности уменьшается объем работ, разгружается персонал, а с другой стороны, оказывается материальное поощрение за хорошие показатели, которые

легче достигаются при снижении сложности, за рационализаторские предложения

и др.

Уменьшение сложности производства также косвенно стимулируется вышестоя­ щими организациями. Происходит это через планируемые показатели работы пред­ приятия. Упрощение производства всегда улучшает эти показатели.

Усложнение управляющей системы вызывается усложнением производства и внешних связей, стремлением управленческого персонала упростить и облегчить свою работу, повысить качество управления. Этой тенденции в определенной мере содействует производственный персонал предприятия, так как высокое качество управ­ ления облегчает его работу, и вышестоящие организации, заинтересованные в хоро­ шей работе предприятия.

Упрощение управляющей системы регламентируется вышестоящими организа­ циями, устанавливающими задания на удешевление аппарата управления.

Можно считать, что «борьба» со сложностью обеспечивает технический прогресс производства, его экономические показатели и производство необходимого количества прибавочной стоимости.

Одним нз проявлений сложности является то, что человек «не охватывает» всех сторон сложного явления, что связано с конкретными физиологическими возмож­ ностями человека. Чтобы «охватить» явление, приходится работать группе людей, причем каждому выделяется определенная часть дела. При этом возникает проблема декомпозиции (разделения на части). Декомпозицию можно рассматривать как один из современных методов совершенствования структуры и организации управления, возникший в результате «борьбы» со сложностью.

Проблемы декомпозиции систем управления. Основная цель декомпозиции — разделение системы на части, имеющие меньшую сложность. При этом обеспечиваются условия для анализа и синтеза подсистем, для проектирования, построения, внедре­ ния, эксплуатации и совершенствования систем управления.

Первой проблемой декомпозиции является разделение систем на части с меньшим числом элементов и связей, т. е. с меньшим числом переменных величин.

Разделение обычно производится таким образом, чтобы подсистемы подчинялись какой-либо классификации, например, по функциям управления, по иерархии управ­ ления и др. Это правило обеспечивает унификацию подходов к подсистемам. Линии разрезов следует выбирать таким образом, чтобы расчленялось как можно меньше связен. Это облегчает работу с подсистемами, упрощает увязку подсистем между собой.

Необходимо учитывать естественную декомпозицию, которая лаходит свое выра­ жение в существующей структуре управления, обязанностях должностных лиц, действующей документации и т. п. Это правило упрощает работу; подсказывает естест­ венные пути декомпозиции системы, однако пользоваться им следует осторожно, критически оценивая ситуацию с учетом своих Целей.

Плодотворным способом является проведение многократной декомпозиции по нескольким разным направлениям, при котором каждый элемент системы можно отнести одновременно к нескольким подсистемам (в каждой декомпозиции элемент попадает в разные подсистемы). Такой подход позволяет лучше изучить систему, ибо каждая декомпозиция освещает ее в своем направлении, и воспользоваться зна­ ниями для построения более полноценной системы.

АСУП в целом должна быть спроектировала таким образом, чтобы все подсистемы ее были «заинтересованы» илЦ «вынуждены» направлять свою деятельность в соответ­ ствии с общей целью системы. Эта общая цель, критерий функционирования и основ­

ные ограничения, накладываемые на работу АСУП, обычно формируются в начале проектирования системы.

Второй проблемой является проблема декомпозиции критерия, нахождения кри­ териев субоптимальности — критериев функционирования подсистем. Иногда эта проблема рассматривается как проблема конструирования критериев.

Необходимость в критериях субоптимальности и в собственных критериях под­

называемую субоптимальиость, в общем случае не совпадающую с оптимальностью всей системы.

Третьей проблемой декомпозиции является оценка субоптимальности, действия подсистемы — степени отклонения' получаемых результатов от оптимальной потреб­ ности системы в целом. Оценка отклонений позволит найти пути сведения их к необ­ ходимому минимуму.

Четвертой проблемой является объединение подсистем.

Пятая проблема — выбор стратегии функционирования. Для эффективного управления требуется совокупность приемов управления, разработанных с учетом общей стратегии.

Имеется также ряд проблем, связанных с надежностью функционирования под­ систем, обменом информацией между ними, участием человека и др.

Несмотря на слабую теоретическую обоснованность, декомпозиция является могучим методом анализа и синтеза систем и широко используется в практике созда­ ния АСУП.

Отсутствие теоретических работ, решающих названные проблемы декомпозиции, приводит к ошибкам в практике автоматизации управления производством, к необос­ нованной разбивке на подсистемы и снижению эффективности АСУ

Декомпозиция АСУ и синтез подсистем. Известные направления декомпозиции АСУ позволяют выделить структурные (организационные), функциональные, этап­ ные, поэлементные и другие подсистемы, АСУ [861, с. 73—75].

flop, структурними понимаются подсистемы, соответствующие структурному пост­ роению объекта, например, в министерстве — подсистемы центрального аппарата, производственных главков ит. п. Организационные системы аналогичны структурным.

Под функциональными понимаются подсистемы, соответствующие отдельным функциям управления, например, подсистемы планирования, бухгалтерского учета и др. Выделение в АСУП функциональных подсистем, содержащих в одной подсистеме одновременно планирование, учет и оперативное управление (например, подсистема управления основным производством), нарушает большое число информационных связей, не совпадает с общепринятой структурой управления предприятием и поэтому нецелесообразно.

Этапными считаются подсистемы, соответствующие этапам деятельности орга­ низации и ее подразделений. Выход одной этапной системы связан со входом другой, например, подсистема перспективного планирования, подсистема годового плани­ рования и т. д.

Под элементными понимаются подсистемы, отражающие человеко-машинную сущность АСУ. Обычно выделяют подсистемы человеческих факторов, информации, технического обеспечения.

Можно выделить следующие семь направлений декомпозиции АСУ. Структурное направление декомпозиции АСУ имеет смысл для объединений — министерств, глав­ ков, трестов. Для АСУП структурные подсистемы неудобны, кроме подсистем опера­ тивного управления.

Функциональное направление хорошо отражает сущность управления и поэтому функциональные подсистемы могут применяться в автоматизированных системах управления любого уровня.

Направление разделения АСУ на составляющие информационной человеко-машин­ ной системы. Направление выделяет обслуживающий персонал, информацию и тех­ нику.

В АСУ объединений появляется дополнительное направление расчленения на под­ системы по видам деятельности (подрядная, промышленная, проектная и др.). Каж­ дый вид деятельности имеет свою специфику планирования, учета, и поэтому они иногда не укладываются в одну подсистему.

В автоматизированных системах управления целесообразно выделение подсистем по направлению автоматизации. Эти подсистемы особенно хорошо отражают преиму­ щество декомпозиции системы по нескольким пересекающимся направлениям, так как охватывают все общее, что имеется у различных подсистем по вопросам автоматизи­ рованного сбора информации, обработки информации и т. д.

Производство следует обеспечивать всеми необходимыми ресурсами и сбывать его продукцию. Поэтому декомпозиция по направлению действия обеспечивающих подсистем позволяет выделить все виды обеспечения и организовать функциониро­ вание этих подсистем.

Все эти направления декомпозиции относились к функционированию системы. Однако в жизнедеятельности систем важное место занимает создание системы и совер­ шенствование системы. Поэтому предлагается еще одно направление декомпозиции—

по эт апному обеспечению жизнедеятельности систем.

Перечисленные семь направлений декомпозиции АСУ позволяют достаточно полно расчленить систему, учесть в проекте все ее особенности, обеспечить незави­ симое поэтапное внедрение большинства подсистем и успешное функционирование подсистем.

Декомпозиция системы по большому числу пересекающихся направлений на первый взгляд создает ряд трудностей, пугает большим числом подсистем, однако именно это пересечение направлений приводит к увязке всех подсистем и обёспечивает их успеш­ ное слияние после внедрения в единую систему.

В условиях создания АСУ на всех уровнях управления возникает проблема фор­ мализации связей между АСУ Решение этой проблемы актуально и при обычных связях между организациями позволяет получить определенный эффект за счет упо­ рядочения связей, четких взаимоотношений с поставщиками, потребителями, выше­ стоящими, смежными, подчиненными и другими организациями, а также за счет снижения трудоемкости этих связей. Поэтому создание соответствующих подсистем связи является целесообразным.

Следует отметить особенности декомпозиции, связанные с уровнем управления. Некоторые группы подсистем с увеличением уровня управления укрупняются, что сопровождается уменьшением числа подсистем. Например, учетных подсистем на уровне предприятия несколько (учет труда и зарплаты, материалов, готовой про­ дукции, основных средств и т. д.), а на уровне министерства они сливаются в одну подсистему бухгалтерского учета и отчетности.

Другие же подсистемы на уровне предприятия представляют собой одну подсис­ тему, а в министерстве превращаются в группу подсистем. Например, подсистема материально-технического снабжения на предприятии одна, а в министерстве это 10—15 подсистем с более узкой номенклатурой, или подсистема совершествоваиия (развития) на предприятии одна, а в министерстве их несколько: управление техни­ ческим прогрессом, новой техникой, наукой, проектированием, рационализацией и изобретательством и др.

Могут быть и другие направления разбивки систем, однако каждое из предлагае­ мых направлений декомпозиции АСУ имеет свое определенное назначение:

структурное направление позволяет получить независимую АСУ в каждой само­ стоятельной организации;

функциональное направление позволяет создать подсистемы по профилю работы специалистов (плановиков, бухгалтеров, диспетчеров и др.);

человеко-машинный подход позволяет выделить в проекте человеческие факторы (например, управление технической безопасности, общественной деятельностью и др.) и аппаратурную часть;

разделение по видам деятельности позволяет учесть существующую специфику управления, связанную с видом деятельности;

направление автоматизации выделяет подсистемы, которые удобно описывать в проекте — в них содержатся общие правила, относящиеся ко многим подсистемам, что позволяет не повторять эти материалы в других разделах проекта, унифицирует подходы во всех подсистемах;

обеспечивающее направление, как и функциональное, позволяет выделить под­ системы по профилю работы специалистов (кадровиков, транспортников, энергети­ ков, снабженцев и др.), однако в число обеспечиваемых ресурсов следует отнести и все виды информации, необходимой для управления, для чего потребуются особые специалисты и аппаратура;

t

Рис. II.4. Структура оператнпного диспетчерского управления применительно к металлургическому комбинату:

ДП-1 — ДП-S —диспетчерские пункты горнорудного, коксохимического, доменного, сталепла­ вильного, прокатного производств, железнодорожного, энергетического н ремонтного хозяйств; 1 ,2 — цеховые ДП; ПУ — пункты управления

Количество же высвобожденного для других работ управленческого персонала зависит от уровня организации и степени механизации управления предприятием до автоматизации управления от используемых технических средств, квалификации работников, обслуживающих систему^ автоматизированного управления, и других факторов.

При механизации и автоматизации отдельных' инженерных и управленческих расчетов существенного изменения структуры управления предприятием не происхо­ дит. Добавляется лишь подразделение, обслуживающее технические средства и органи ­ зующее расчеты (алгоритмизацию, программирование, постановку задач на машинах, техническое обслуживание машин).

При механизации и автоматизации оперативного управления производством необ­ ходимо создать стройную структуру диспетчерской службы. Пример такой структуры приведен на рис. 11.4. Диспетчерские пункты (ДП) должны быть связаны с ВЦ, так как каждому из них требуется специализированная информация (передаваемая непре­ рывно и по вызову диспетчера), которая поставляется с помощью технических средств (без обработки) или после необходимой обработки на ВЦ.

Создание такой развитой диспетчерской службы влияет на общую структуру пред­ приятия следующим образом. Нижестоящие диспетчеры обязательно подчиняются вышестоящим, однако:должиа соблюдаться и жесткая административная подчинен­ ность каждого диспетчера своему непосредственному руководителю — начальнику цеха, начальнику производства, руководителю комбината. Поэтому, учитывая воз­ можности и важность диспетчерской службы, оборудованной современными техни­ ческими средствами, в качестве диспетчера ДП пройзводства желательно ^спользо.- вать заместителей начальника производства, а в качестве диспетчера ЦДП — замес­ тителя начальника производства завода и т. д.

Диспетчерские пункты могут создаваться и в тех подразделениях, где они тради­ ционно отсутствуют (ДП подготовки производства, охватывающее конструкторские, технологические и другие службы, ДП главного экономиста завода, ДП помощника директора по кадрам и быту).

Структура предприятия в условиях автоматизации управления производством должна учитывать все то, что относится к автоматизированному управлению про­ изводством; включать новые подразделения/ а также учитывать централизованное

поступление всей или почти всей необходимой информации (первичной и вторичной) в необходимых формах.

Ввиду недостаточного практического опыта структура управления предусматри­ вает все существовавшие до автоматизации управления отделы и службы заводо­ управления, которые после получения необходимого опыта, проведения необходимых научно-исследовательских работ и практических экспериментов будут реорганизо­ ваны. Поэтому для примера приведем структуру управления машиностроительным предприятием (рис. 11.5) с автоматизированным управлением, не учитывающую воз­ можных изменений.

Функции работников управлений в условиях автоматизации управления изменяют­ ся. Происходит уменьшение работ, связанных со сбором информации, расчетами, обработкой данных, и рост числа операций по анализу полученной информации, обоснованию решений, разработке методик обоснования решений..Появляется воз­ можность и необходимость выполнения исследований в области управления и отдель­ ными подразделениями на основе новых технических средств. Системы автоматизиро­ ванного сбора информации позволяют фиксировать результаты эксперимента во мно­ гих точках, а это является основой для анализа и поиска лучшей методики управления.

Уровни автоматизации управления. Этот вопрос рассмотрим на примерах пред­ приятий химической промышленности. Принято различать три ступени в общей схеме автоматизированного управления предприятием химической промышленности:

первая ступень — автоматизация управления технологическими процессами; вторая ступень — автоматизация управления на уровне производств; третья ступень — автоматизация управления на уровне предприятия.

На первой (нижней) ступени решаются технические задачи: соблюдение техноло­ гических режимов, правил эксплуатации'оборудования, .техники безопасности. Авто­ матика на этой ступени обеспечивает в основном стабилизацию параметров, постоян­ ную или оптимальную в данных условиях производительность агрегатов. В соот­ ветствии с этими задачами на этой ступени применяются локальные системы стаби­ лизации, регулирования, поисковая автоматика, некоторые элементы вычислитель­ ной техники, а также автоматическая сигнализация, блокировка, регистрация и т. п.

На второй ступени определяется экономически обоснованное распределение на­ грузок между цехами и агрегатами, оптимальный режим технологического процесса, а также вырабатываются и передаются команды управления системам автоматики нижней ступени. Для этого используются системы централизованного сбора инфор­ мации и вычислительные машины для анализа деятельности производств и выработки заданий системами автоматизации первой ступени. "

На третьей ступени решаются технические и в основном экономические задачи. Планируется производство отдельных цехов и участков, выполняются учетные работы, осуществляется управление транспортом, складами, энергоресурсами, определяются показатели для оперативного управления, которые передаются в соответствующие системы автоматики второй ступени. Здесь применяются системы сбора информации о работе основных и вспомогательных производств и вычислительные машины для ана­ лиза деятельности всего предприятия, планирования, учета, оперативного управле­ ния и выдачи необходимой отчетной документации. В замкнутых системах,, кроме юго, выдаются управляющие сигналы для заданий планов и режимов-работы отдель­ ным производствам..

Автоматизация управления на уровне второй итретьей ступеней базируется в основ­ ном на средствах автоматики и применении информационных и электронных вычис­ лительных машин. '

По мере развития техники централизованных систем контроля и управления ло­ кальные системы могут быть заменены централизованными, что сократит затраты на автоматизацию (см. гл. IX).

Решение вопросов автоматизации на уровне всех трех ступеней означает по сущест­ ву решение вопросов комплексной автоматизации химических производств.

В других отраслях промышленности — машиностроении, приборостроении, ме­ таллургии, строительной индустрии — может оказаться две-пять ступеней автома­ тизации управления. Две ступени соответствуют, небольшим предприятиям, простым (с точки зрения управления) производствам, бесцеховым предприятиям. В этом слу­ чае первая ступень — автоматизация управления технологическим процессом, вто­ рая ступень — автоматизация управления предприятием.

предприятием с использованием АСУП

Трех-, четырехступенчатая автоматизация управления еще не означает, что инфор­ мация собирается независимо для автоматизации второй ступени,' а затем со второй ступени передается к третьей или собирается отдельно. Информацию целесообразно собирать централизованно, обрабатывать ее на ВЦ, а затем выводить на разные сту­ пени управления. При этом упрощаются системы сбора информации и затраты на обработку информации. Одновременно улучшается использование вычислительной техники (см. гл. XI, п. 1).

Ввиду большой сложности автоматизации управления производством очень часто разрабатываются и внедряются местные системы управления (см. гл. XI, п. 1), пред­ назначенные для решения нс всех вопросов управления, а только отдельных, наиболее простых или наиболее эффективных. Такими системами, например, являются системы оперативного управления цехами, системы контроля работы оборудования, системы учета запасов и т. д. Применение местных систем дает определенный эффект и прежде всего потому, что они могут быть легче и быстрее внедрены. Однако при этом нару­ шаются принципы однократного ввода информации (она вводится, например, в мест­ ную систему оперативного управления и вторично — в систему учета) и единства по­ токов информации, так как информация, собранная местной системой, для других целей непригодна. Поэтому эффект от применения систем был бы значительнее при использовании комплексных систем управления, охватывающих все или почти все функции управления.

Научных рекомендаций по точному определению оптимального числа ступеней управления нет. Подходы к изучению этого вопроса основаны на теории очередей (обеспечение обслуживания управляющим органом подчиненных), нах равномерном распределении функции управления, на загрузке управленческого персонала сбором, обработкой и 1выводом информации. f

Если т — количество поступающей информации, оптимальное для одного управ­ ленческого подразделения предприятия, A4 — общее количество первичной информа­ ции предприятия, К — коэффициент сжатия управляющей информации в одном подразделении, то необходимое число ступеней управления можно рассчитать по фор­ муле

где величина М /т определяет число цехов предприятия.

Приведенная формула является упрощенной,'она выведена при следующих допу­ щениях: структура управления предприятием пирамидальная; загрузка управлен­ ческого персонала равномерная, т. е. гп — средняя величина; информационная система построена таким образом, что коэффициент сжатия информации К во всех подразде­ лениях одинаков, число операций по переработке информации пропорционально коли­ честву перерабатываемой информации и др. Полученное выражение позволяет сделать важный вывод: число ступеней управления зависит от глубины проработки-информа­ ции на каждой ступени, выражаемой коэффициентом К (при наличии десяти цехов на ^предприятии и при сжатии информаций в 3,2 раза нужна трехступенчатая струк­ тура, при 100 цехах — пятиступенчатая; при сжатии информации в 10 раз достаточно для десяти цехов иметь двухступенчатую структуру, а для 100 цехов — трехсту­ пенчатую).

Формальные методы и пути построения организационных структур для систем авто­ матизированного управления еще не разработаны/

7. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Одним из элементов управления производством является его исследование, при­ носящее управленческому персоналу скрытую информацию, обнаруживаемую на основе каких-либо фактов с помощью специальных математических методов и приемов.

Для обработки используются статистические данные о работе действующего объекта, полученные в результате активного или пассивного эксперимента/

Пассивный эксперимент означает сбор данных в режиме нормальной работы исследуемого объекта.