4. Концепция интегрированных автоматизированных систем

В качестве интегрированных АСУ рассматриваются системы, при создании которых реализован принцип нисходящего проектирования систем, выполняющих взаимосвязанные функции компонентов, которые в результате взаимодействия обеспечивают достижение целей управления. Интегрированная АСУ отличается прежде всего методикой построения, обеспечивающей согласованное достижение целей, каждая из которых не может быть достигнута за счет локального использования отдельных видов АСУ.

Интегрированная АСУ обеспечивает согласованное и координированное решение задач с учетом временной и уровневой иерархии за счет разделения общей задачи управления по фазам планирования, регулирования, учета, анализа, а также временной иерархии задач внутри каждой фазы. В ИАСУ обеспечиваются координация процессов исследования хода производства, оперативного и перспективного планирования и адаптация системы за счет изменения состава и взаимосвязей между задачами, а также характера взаимодействия между ее компонентами.

Можно выделить множество различных частных концепций ИАСУ, в которых на первый план в зависимости от целей интеграции могут выступать проблемы технической, информационной, программной, организационной совместимости и взаимодействия, функциональной интеграции, организации согласованной работы между различными видами АСУ (АСУ П-АСУ ТП, АСУП-АСУО, АСУ П- САПР и т. д.), интеграции автоматизированной и неавтоматизированной частей системы управления, отдельных фаз цикла управления, системы автоматизированной обработки данных, а также данных, необходимых для принятия решений. Выбор преимущественного направления интеграции АСУ может быть осуществлен на основе оценки функциональной структуры ИАСУ, эффекта, получаемого в результате совместного и согласованного функционирования локальных АСУ, а также затрат на обеспечение их совместимости и взаимодействия.

Важную роль играет определение требований к программным средствам интеграции, обеспечивающим решение комплекса задач в соответствии с заданным временным регламентом и иерархией взаимосвязей, а также к средствам анализа накопленных данных о ходе производства в процессе автоматизированного управления.

Большинство АСУ внедрены на основе локальных решений частных проблем. При этом использование математических методов и моделей для решения задач управления ограничено. Переход к интеграции автоматизированных систем связан с системным анализом объекта и задач управления; с постановкой и формированием комплекса задач управления как задач оптимизации по некоторому общему для системы критерию эффективности функционирования; с использованием экономико-математических моделей объекта управления для объединения частных задач управления, прогноза возможных состояний и выбора оптимальных управлений.

При разработке ИАСУ необходимо рассматривать в единстве человека, машину, информацию, чтобы, с одной стороны, подготовить управленческому персоналу с помощью ЭВМ необходимую информацию для качественного принятия решений, а с другой стороны - ограничить потоки не относящихся к делу излишне детализированных сведений. Чтобы результаты машинной обработки информации могли эффективно влиять на производственный процесс, необходимо получать их к определенному сроку. Состав, количество нужной информации и время ее обработки являются критическими факторами при разработке интегрированных систем управления.

Как показывает анализ, наибольший эффект может быть получен, когда три уровня управления - локальные функциональные подсистемы, подсистема оперативного управления и координации и подсистема планирования - будут рассматриваться как единое целое. При этом анализ внешней среды и выявление экономически оправданного набора заданий целесообразно считать функцией подсистемы более высокого уровня, которая задает подсистеме планирования производства объем и номенклатуру подлежащей изготовлению продукции.

Такой подход позволяет создать систему, в которой интеграция информации, требуемой для принятия решений на каждом уровне ("горизонтальная" интеграция), сочетается с интеграцией функций управления по уровням ("вертикальная" интеграция).

При создании ИАСУ в процессе исследования объекта возникает задача выявления структуры производственных связей, вероятностных показателей - производительности отдельных участков, затрат и качества продукции, вероятностных характеристик расхода материалов и инструмента, а также динамики изменений первоначальных заданий.

Знание характеристик как самого объекта управления, так и его связей с внешней средой связано с получением многомерных статистических данных, анализ которых позволяет учесть вероятности изменений заданий и состояний внешней среды, а также возможный разброс характеристик объектов при решении задач управления. Такая статистика позволяет выделить области часто повторяющихся производственных ситуаций, что дает возможность заранее выбрать для них стратегию у прав гения.

Если АСУ разрабатывается для нового предприятия и его вероятностные характеристики, как и вероятностные характеристики внешней среды, установить не представляется возможным, то для этого случая исходными являются характеристики и производственные ситуации, найденные на основании анализа аналогичных действующих предприятий (например, методом экспертных оценок).

Так как обычно внешней средой задается не один, а несколько критериев оценки функционирования предприятия, некоторые из которых несоизмеримы, то возникает задача упорядочения критериев путем их ранжирования, задания приоритетов или весовых коэффициентов.

Измерение приоритетов может осуществляться, когда значение максимизируемой или минимизируемой целевой функции достигает некоторого заранее установленного уровня. Например, критерий максимизации производительности может потерять свой первый приоритет в тех случаях, когда уровень производства превысит заданное значение.

Число ступеней разбиения задач управления ИАСУ определяется вычислительными возможностями технического обеспечения, сложностью решения задач управления, а также вероятностными характеристиками действующих на производственный процесс возмущений, вызывающих отклонение реального хода производства от запланированного. Чем более укрупненная модель используется для решения задачи управления, тем выше риск отклонения параметров объекта при функционировании от оптимальных. Уменьшение риска может быть достигнуто детализацией моделей, уточнением их параметров на основании анализа отклонений от плана в процессе функционирования объекта.

Таким образом, при выборе числа уровней детализации моделей при согласованном управлении необходимо использовать данные статистического анализа причин расхождения между планом и реальным ходом производственного процесса: выявить комплексные характеристики, оценивающие организационные и технологические трудности; построить вероятностную модель неупорядоченности производственного процесса как функции от характеристик организационных и технологических трудностей для различных производственных ситуаций: определить интервалы времени планирования и управления при данной степени укрупнения моделей, обеспечивающие заданное значение характеристик выполнения плана.

Многоуровневая адаптация в ИАСУ

Основой получения эффективного решения является возможно более точное формализованное описание поведения системы. Поэтому методология системного анализа предусматривает непрерывное улучшение ранее принятых решений за счет адаптации исходной модели к условиям функционирования: накопления информации о текущем состоянии выхода для оценки рассогласования; подготовки рекомендаций о месте, времени и форме управления, его вероятных последствиях на выходе объекта. Этому принципу в полной мере отвечает многослойная концепция адаптации управления производством.

В интегрированной системе управления выделяются четыре уровня.

Первый уровень взаимодействует с объектом непосредственно в реальном времени процесса. Обработанные с датчиков сведения могут обрабатываться (сглаживаться, усредняться, линеаризовался и т. д.) то передачи их в систему принятия решении для хранения и последующего использования. В задачу текущего контроля событий входит обнаружение событий, влияющих на решения по управлению. Эти события мoгyт инициировать выдачу управляющею воздействия, выдачу сигнала на завершение предшествующего задания, введение новых значений управляемых параметров, изменение режима работы. Функция прямого peгулирования первого уровня ИАСУ реализует цель и стратегию, определенную на втором уровне.

Второй уровень. Устанавливает цель или задания, подлежащие реализации на первом уровне. В нормальном режиме целью может быть оптимальное управление на основе принятой математической модели. В аварийных ситуациях могут получать приоритет модифицированные модели для пересчета нарушенных планов. Второй уровень определяет остановки для управляющих устройств первого уровня, которые реализуются через заранее определенную последовательность действий

Третий уровень выполняет функцию адаптации алгоритмов, используемых на первом и втором уровнях Адаптация может осуществляться путем корректировки значений соответствующих параметров алгоритмов (например, в результате анализа поведения объекта) или параметров текущего контроля событий (например, граничных условий изменения режимов функционирования); а также посредством определения ограничений для задачи оптимизации второго уровня (вызванных, например, изменением структуры объекта вследствие вывода из работы части оборудования).

Основное отличие третьего уровня - учет опыта работы в течение некоторого периода времени.

Четвертый уровень осуществляет выбор структуры алгоритмов, относящихся к нижестоящим уровням иерархии. Эти решения основываются на общей информации о целях функционирования, приоритетах, внутренних и внешних взаимосвязях и т. д. Он задает третьему уровню режим функционирования путем управления процессом решения задач.

Задачи третьего и четвертого уровней могут решаться производственным и управленческим персоналом на основе качественных оценок.

Вышестоящие уровни имеют приоритет действия по отношению к нижестоящим. Информационный обмен между уровнями идет вверх по иерархии через общую Базу данных. Результаты принятия решений и оценки идут вниз либо через базу данных, либо через организующую программу системы. База данных является средством информационной интеграции уровней адаптации.