24.Классификация типов систем.
Классификацию систем управления можно осуществлять по таким признакам как: степень автоматизации функций управления, степень сложности системы, степень определенности, тип объекта управления и др.
В зависимости от степени автоматизации функции управления различают: ручное, автоматизированное и автоматическое управление. Соответственно принято различать, как было сказано выше, автоматизированные и автоматические системы управления.
Автоматизированные системы управления (АСУ) — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. Предполагает участие человека в контуре управления.
Система автоматического управления (САУ) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. Не предполагает участие человека в контуре управления.
По степени сложности системы делят на простые и сложные. Сложные системы характеризуются следующими особенностями: число параметров, которыми описывается система, весьма велико, многие из этих параметров не могут быть количественно описаны и измерены; цели управления не поддаются формальному описанию без существенных упрощений; невозможно дать строгое формальное описание системы управления.
По степени определенности системы разделяются на детерминированные и вероятностные (стохастические). В детерминированной системе по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать ее последующее состояние. В вероятностной системе на основе такой же информации, можно предсказать лишь множество будущих состояний и определить вероятность каждого из них.
Некоторые примеры систем: автопилот самолета — простая детерминированная система, ЭВМ — сложная детерминированная система, система контроля качества продукции — простая вероятностная система, производственное предприятие — сложная вероятностная система.
Главным фактором для классификации систем управления является показатель того, насколько та или иная система влияет на бизнес-предприятия. С этой точки зрения можно выделить четыре типа систем управления.
1.2. Понятие управления. Системы управления
Под управлением понимается воздействие на какую-то систему с целью достижения желаемых изменений в ее состоянии или поведении.
Всякое управление предполагает наличие цели, т.е. модели желаемых изменений. Система, на которую оказываются целенаправленные воздействия, называется управляемой или – объектом управления. Носителем цели управления является субъект управления. Обобщенная структура системы управления показана на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Обобщенная структура системы управления
На рис.1.4. используются следующие обозначения: УС – управляющая система; СУ – субъект управления (говорят также «управляющий орган»); ИМ – исполнительный механизм (исполняющий орган); ОУ – объект управления (управляемая система); U – прямая управляющая связь для передачи управляющих воздействий; Iос – обратная информационная связь.
Показанная на рис.1.4 система является системой замкнутого управления, где УС вырабатывает свои управляющие воздействия U с учетом информации от самого объекта Iос и информации о той среде, в которой он находится. В общем виде Iос представляет собой сведения о состоянии ОУ и о том, как он реагирует на управляющие воздействия. Субъект управления принимает решения о выборе того или иного управляющего воздействия на основе комплекса сведений: об окружающей среде, об имеющихся ресурсах, о существующих ограничениях (нормативных, технологических, законодательных, морально-этических и т.д.), информации Iос, цели управления и, возможно, своих собственных предпочтений.
В общих чертах в процессе управления можно выделить три основные этапа:
— сбор и анализ информации, необходимой для управления;
— принятие решения о целесообразном управляющем воздействии;
— реализация решения – выработка и применение к ОУ управляющих воздействий.
В зависимости от степени участия человека в процессе управления различают следующие виды систем управления:
— системы ручного управления. В этих системах человек выполняет все функции управления. При этом не исключается применение механизмов для реализации управляющих воздействий, каких либо инструментов для сбора информации (например, измерения параметров ОУ);
— системы автоматического управления (САУ). В этих системах управляющая часть – УС не содержит в себе человека, выработка управляющих воздействия выполняется автоматически на основе запрограммированных алгоритмов поведения системы. Человек присутствует на этапе создания алгоритмов и программ, которые и отражают в себе цель управления.
Первыми автоматическими системами управления были автоматические регуляторы температуры паровых котлов на паровозах, которые отслеживали значение контролируемых параметров и вносили поправку при отклонении их от заданной величины. Характерными и достаточно сложными примерами современных САУ являются автоматические системы управления полетами, применяемые в гражданской или военной авиации. Однако, несмотря на сложность взаимосвязей с различными бортовыми и наземными системами здесь в основном также используется принцип работы регулятора – задается и отслеживается выполнение программы полета воздушного судна. Перспективы развития САУ связаны с использованием в них методов искусственного интеллекта, позволяющие осуществлять автоматическое управление в сложных, изменяющихся условиях, при недостатке или неточности имеющейся информации, подстраиваясь под особенности окружающей среды и объекта управления;
— автоматизированные системы управления (АСУ). В АСУ человек остается главным действующим лицом процесса управления. Можно выделить два основных канала автоматизации, в которых ряд функций от человека передается ЭВМ: информационный канал (автоматизация сбора, представления, анализа информации); управляющий канал (автоматизация генерации, передачи и применения управляющих воздействий). Широкое применение АСУ находят в управлении организационно-экономическими системами (предприятиями), где процессы управления отличаются значительной сложностью и связаны с большими объемами используемой информации. Такие АСУ сами отличаются сложностью структуры и наличием большого числа подсистем, выполняющих различные функции. К числу подсистем комплексной АСУ предприятием относятся системы поддержки принятия решений (СППР). Эти системы предназначены для автоматизации наименее формализуемого и наиболее интеллектуального этапа процесса управления, связанного с принятием решений о необходимых воздействиях на ОУ. Функционирование СППР в зависимости от объема выполняемых функций опирается на методы аналитической и интеллектуальной обработки данных (факторный, корреляционный и другие виды анализа, технологии OLAP, Data Mining), методы экспертных систем, ситуационного управления и др.
В контексте экономических информационных систем наибольший интерес представляют системы управления предприятиями.
Рассмотрим некоторые характерные черты процессов управления предприятиями.
Степень участия человека в системах управления
Нас будут интересовать вопросы, связанные с изучением степени участия человека в управлении. Степень участия человека (величина противоположная степени автоматизации) в системах управления может изменяться в широких пределах от систем, в которых все управленческие функции выполняются человеком, до систем, в которых все эти функции реализуются автоматически. С одной стороны, современные средства автоматики не всегда могут заменить человека в системе управления. С другой стороны, существуют ситуации и объекты, управлять которыми человек не в состоянии по своим физическим возможностям. Перечислим условия, в которых автоматическое управление является необходимым:
1. Система управления может находиться в среде, опасной для жизни и здоровья человека.
2. Физические, физиологические и психологические возможности человека (мускульные усилия, реакция, восприятие информации, скорость переработки, работоспособность, утомляемость) для управления объектом или процессом недостаточны.
Можно привести несколько случаев, когда необходимость автоматики может быть обоснована экономически:
1. Нехватка трудовых ресурсов, например, в неосвоенных или отдаленных северных районах.
2. Участие человека в управлении объектом может потребовать от него весьма высокой квалификации. Например, среднее время, необходимое для обучения капитана речного буксира, занимает около десяти лет! На некоторых производствах имеются уникальные специалисты, участие которых в процессе управлении, позволяет достичь почти оптимальных режимов. Подготовка подобных специалистов планироваться не может: специалист такого уровня должен обладать, как минимум, талантом. При этом встает чисто экономический вопрос, что больше – потери от нехватки таких специалистов, или затраты на разработку и эксплуатацию автоматической системы управления, заменяющей их труд.
3. При управлении объектом в критических и аварийных ситуациях.
Специалист, прекрасно справляющийся со своими обязанностями в обычных условиях функционирования системы, может в аварийных ситуациях оказаться неспособным к принятию правильных решений по управлению под влиянием различных психологических и физиологических факторов.
Следует принять во внимание и действие пресловутого «человеческого фактора»:
выражающегося в неадекватном поведении человека в ситуации, объективно не располагающей его к этому.
Как правило, при управлении объектом формулируется критерий качества управления. Этот критерий может иметь стоимостное выражение — вспомним задачу оптимального управления. Как правило, при ручном управлении объектом человек принимает неоптимальные решения с точки зрения критерия оптимальности и, если автоматика позволяет существенно улучшить качество управления и, возможно, определить срок окупаемости за счет экономического выигрыша от улучшения качества управления, то человек в системе управления должен быть частично или полностью заменен автоматикой. Однако для этого необходимо представлять себе в каких ситуациях наличие человека в системе управления предпочтительнее, а в каких нет. С этой целью проводились подробные исследования. Ниже в таблице приводим сравнительные характеристики человека и автоматики.
Лекция 2. Автоматизированных систем управления
Совокупность управляющих воздействий, направленных на то, чтобы действительный ход процесса соответствовал желаемому, называют управлением.
Предполагается, что существует некоторый орган, систематически или по мере необходимости вырабатывающий управляющие воздействия. Такой управляющий орган принято называть системой управления. Управление обычно осуществляется через исполнительные органы, которые изменяют действительный ход процесса. Управление должно быть целенаправленным, т. е. управляющие воздействия необходимо скоординировать между собой, чтобы исключить возможность воздействий, противоположных друг другу.
Управление предполагает наличие управляемого объекта или группы объектов. Управляющий орган вырабатывает управляющие воздействия, направленные на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой или целью управления.
Процесс управления – это целенаправленное воздействие управляющей системы на управляемую, ориентированное на достижение определенной цели и использующее главным образом информационный поток.
Оптимальное управление заключается в выборе наилучших управляющих воздействий из множества возможных с учетом ограничений и на основе информации о состоянии управляемого объекта и внешней среды.
В производственных системах человек с помощью технических средств, которыми он манипулирует, непосредственно управляет технологическим или производственным процессом. Человека, осуществляющего такое управление, называют оператором, a систему, составным элементом которой является оператор, – эргатической (от греч. эргатес – действующее лицо, деятель).
Учитывая, что технология – это правила действия с использованием каких-либо средств, то можно сказать, что если реализация технологии направлена на выработку управляющего воздействия, то это технология управления.
Уровень управления производственным процессом является важнейшим фактором, определяющим уровень эффективности производства. Особые требования к управлению предъявляются в организации автомобильных перевозок. Производственный процесс автоперевозок должен органически объединять производственные процессы клиентов, непосредственно связывая в единый цикл операции от момента возникновения потребности в информации до получения продукции, включая удовлетворение потребностей, напрямую не связанных с конкретными материальными объектами. Управление автомобильными перевозками представляет собой достаточно сложную комплексную систему, включающую в себя органы, кадры и технику управления.
В системе, где происходят материальные процессы, связанные с переработкой сырья, движением финансов, использованием механизмов и машин и так далее, они реализуются лишь через деятельность людей, входящих в данную систему, и находятся в прямой зависимости от их поведения. Поэтому автоматизация деятельности персонала напрямую влияет и на производство.
Особую актуальность проблема внедрения в производство совершенной организационной системы управления (ОСУ) приобрела в условиях рыночной экономики. Автоматизированная система управления в отличие от автоматических систем предполагает участие в управлении человека, выступающего в качестве субъекта управления и выполняющего функции интегрирующего звена.
Определим понятие «система». Оно широко используется в науке, технике и повседневной жизни, когда говорят об упорядоченной совокупности каких-либо элементов. Система – это объективное единство закономерно связанных предметов, явлений, сведений, а также знаний о природе, обществе и т.п. Каждый объект считается системой, если обладает четырьмя основными свойствами или признаками: целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью.
Система – это прежде всего целостная совокупность элементов.
Это означает, что, с одной стороны, система – целостное образование, а с другой – в ее составе отчетливо могут быть выделены отдельные объекты (элементы). Для системы первичным является признак целостности, т. е. она рассматривается как единое целое, состоящее из совместимых взаимодействующих частей, часто разнокачественных.
Наличие устойчивых связей между элементами или их свойствами, более прочными, чем связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему также является важным атрибутом системы.
Организация характеризуется упорядоченностью элементов системы и определяет ее структуру.
Эмерджентность предполагает наличие таких качеств, которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.
Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы:
– система не сводится к простой совокупности элементов;
– расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.
АСУ представляет собой организационно-техническую систему, обеспечивающую выработку решений на основе автоматизации информационных процессов. В зависимости от сферы автоматизируемой деятельности автоматизированные системы (АС) разделяют:
• на АС управления;
• системы автоматизированного проектирования (САПР);
• АС научных исследований;
• АС обработки информации;
• АС технологической подготовки производства;
• АС контроля и испытаний;
• системы, автоматизирующие сочетания различных видов деятельности.
АС реализуют информационную технологию в виде определенной последовательности информационно связанных функций, задач или процедур, выполняемых в автоматическом режиме.
Под автоматизированной информационной технологией управления понимается система методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и защиты управленческой информации на основе применения развитого программного обеспечения (ПО), средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых эта информация предоставляется пользователям.
В настоящее время выделяют четыре основные тенденции развития ИТ управления.
1. Изменение характеристик информационного продукта, который все больше превращается в гибрид результатов расчетно-аналитической работы и услуги, предоставляемой индивидуальному пользователю ПК.
2. Параллельное взаимодействие логических АИТУ, совмещение различных видов информации (текста, графики, цифр, звуков) с ориентацией на одновременное восприятие человеком посредством органов чувств.
3.Ликвидация всех промежуточных звеньев на пути от источника информации к ее потребителю. Например, становится возможным непосредственное общение автора и читателя, продавца и покупателя, певца и слушателя, преподавателя и обучающегося, ученых и специалистов через систему видеоконференций, электронную почту и т. п.
4.Глобализация информационных технологий в результате использования спутниковой связи и всемирной сети Интернет, благодаря чему люди смогут общаться между собой и с общей базой данных, находясь в любой точке планеты.
Таким образом, АСУ – это человеко-машинная система, предна-
значенная для сбора, обработки и выдачи информации, необходимой
для оптимизации управления в различных сферах человеческой дея-
тельности. АСУ базируется на использовании экономико-
математических методов, средств ВТ и связи для отыскания и реали-
зации наиболее эффективного управления объектом.
На рис. 2 представлена классификация АСУ по наиболее распро-
Для АТП как объекта управления характерны следующие отличи-
1. Зависимость функционирования АТП от технологических про-
цессов клиентов, а также влияние перевозочного процесса на эко-
номические результаты их деятельности. 2. Зависимость активности элементов организационной структуры
и эффективности управления от внешних условий.
3. Динамичность и стохастичность, обусловленные одновремен-
ным воздействием множества факторов, часть из которых имеет эле-
Рис. 2. Классификация автоматизированных систем управления
Сущность управления автотранспортными перевозками заклю-
чается в обеспечении целенаправленного, планомерного воздействия
управляющей системы на перевозочный процесс с использованием
различных методов и средств по определенной технологии с целью
повышения ритмичности работы транспорта, равномерной загрузки
транспортной сети, своевременности доставки грузов. Поскольку
процесс управления автомобильными перевозками осуществляется
циклически и носит относительно замкнутый характер, в управляю-
щей системе цикл начинается со сбора информации о состоянии
управляемого объекта. Затем полученная информация используется
для выработки решений и, наконец, эти решения доводятся до испол- нителей. С изменением условий работы на управляемом объекте по-