Систематический курс 11 класс Для классов гуманитарного профиля Допущено

Вид материала

Учебник

Содержание В неавтоматизированных системах управления В системах автоматического управления Автоматизированные системы управления В системах автоматического управления Программное обеспечение Информационная база АСУ Автоматизированное рабочее место Автоматизированные системы управления Автоматизированная система управления предприятием Информационное обеспечение АСУ

Подобный материал:

• Элективный курс по химии 10-11 класс для профильного обучения. «Введение в биохимию, 103.1kb.
• Программа курса химии для школ и классов гуманитарного профиля (третья ступень обучения), 99.49kb.
• Элективный курс «русская речь: развитие речи», 57.53kb.
• Программа дополнительного образования, 78.63kb.
• Программа элективного курса "Издательское дело", 73.93kb.
• Систематический курс (в трёх томах) Том, 7018.51kb.
• Зимина Ирина Викторовна 2010 год пояснительная записка, 94.37kb.
• Желябовская Татьяна Олеговна, учитель русского языка и литературы моу сош №1 города, 61.66kb.
• Курс лекций по организации производства на предприятиях отрасли, 1731.03kb.
• Пояснительная записка к программе «Страноведение. Великобритания» для учащихся 9-х, 65.3kb.

§ 3.2. Виды управления



Управление встречается в самых различных ситуациях. Различны объекты и цели управления, его средства и меха­низмы. Очевидно, что видов управления тоже много. Рас­смотрим лишь некоторые из них.

Приведем краткую классификацию видов управления:.

• по степени автоматизации: автоматическое, автомати­зированное, неавтоматизированное управление;
  
• по учету фактора времени: управление в реальном мас­штабе времени, опросное (выборочное) управление, управление с задержкой;
  

• по виду управляющих воздействий: управление посред­ством команд, управление через алгоритм, управление на основе системы правил и пр.

В неавтоматизированных системах управления чело­век сам оценивает, как под влиянием внешних воздействий изменяются траектория, скорость или режим работы управ­ляемого объекта и при помощи органов управления компен­сирует возникающие в работе объекта отклонения.

Пример. Переправляясь на лодке через реку, вы сами следите за тем, насколько быстро вас относит течение, и в зависи­мости от этого сами выбираете курс. Токарь, вытачивая деталь на обычном станке, сам опре­деляет последовательность выполнения операций, ско­рость резания, вид резца и пр.

Путешественник на воздушном шаре постоянно отсле­живает высоту, направление и скорость полета и регули­рует их с помощью подручных средств.

Автоматическим называется такое управление, которое осуществляется без непосредственного участия человека. Когда говорят об автоматическом управлении, то обычно имеют в виду управление техническими системами — стан­ками, приборами, механизмами.

В системах автоматического управления (САУ) все операции, связанные с процессами управления (получение информации о поведении и состоянии управляемого объек­та, обработка этой информации, формирование управляю­щих команд, выполнение этих команд соответствующими органами управления), осуществляются автоматически, без непосредственного участия человека, но в соответствии с за­ложенными в САУ программами. САУ объединяет управляе­мый объект и автоматическое управляющее устройство.

Пример. САУ самолета состоит из собственно самолета и автопи­лота, общая схема которого приведена на рис. 3.2.1. В качестве датчиков (чувствительных элементов) испо­льзуются гироскопы для определения углов поворота от­носительно осей, высотомеры и приборы для измерения скорости набора высоты или снижения. Сигналы с выходов датчиков часто бывают очень слабые, поэтому они поступают сначала на усилительные устрой­ства и только затем к исполнительному блоку (рулевым машинам), который приводит в действие рули самолета или его элероны.

Рис. 3.2.1.

Общая схема работы автопилота

Пример. Примером системы автоматического управления являет­ся зенитное орудие, управляемое радаром (рис. 3.2.2). Принципы его действия всесторонне изучались во время Второй мировой войны, и результаты этих исследований сыграли важную роль в выработке теоретических поло­жений кибернетики.

Рис. 3.2.2

Схема

автоматического управления зенитным орудием

Отметим, что любая система регулирования имеет блок, который именуется блоком выработки сигнала и который вполне можно рассматривать как блок принятия решения. В автопилоте, например, это гироскоп, по сигналу которого вырабатывается команда поворота рулей или элеронов, ком­пенсирующая отклонения. В зенитной установке — вычис­лительное устройство. В сложных современных системах ре­гулирования в этом блоке нередко присутствует компьютер. Итак, система автоматического управления включает в себя датчики, усилительные устройства, блок принятия ре­шения, исполнительные механизмы. Используются САУ для контроля, защиты, регулирования и управления.

Электронные контролеры на производстве следят за раз­мерами и качеством изготавливаемых деталей, температу­рой, давлением, напряжением тока, концентрацией раство­ров, учитывают количество выпущенной продукции, сортируют и отбраковывают продукцию и выполняют мно­гие другие функции.

Простейший пример автоматической защиты — элект­рические пробки, которые в случае короткого замыкания в квартире отключают ток, чтобы исключить возможность по­жара. В автоматической защите нуждаются практически все технические системы: электродвигатели и турбины, станки и генераторы, химические установки и линии электропе­редач.

В большинстве технологических процессов и при работе многих машин главное поддерживать на заданном уровне контролируемую величину температуры, давления, скоро­сти, влажности, химического состава, напряжения электри­ческого тока и пр. Для этой цели и служат регуляторы. В автоматике различных промышленных установок чаще все­го теперь применяют электронные регуляторы.

Если несколько станков, машин и механизмов работают совместно, то системы автоматического управления обеспе­чивают их согласованную работу — управляют переключе­нием электропитания, включением станка, только когда об­рабатываемая деталь уже установлена на станине и пр.

В современные САУ, работающие с объектами большой сложности, может входить блок имитационного моделиро­вания, с помощью которого прогнозируется зависимость ра­боты объекта управления от характера управляющих воз­действий. Кроме того, часто возникает задача постепенной адаптации модели объекта, заложенной в САУ, и алгорит­мов управления объектом к индивидуальным особенностям объекта. Такие САУ называются адаптивными или обучаю­щимися.

САУ становятся все более «интеллектуальными», так как в них все чаще используются структурные и программные решения, характерные для систем искусственного интел­лекта: база знаний, моделирование рассуждений экспертов, планирование поведения. Это постепенно сближает САУ с системами искусственного интеллекта.

Автоматизированные системы управления (АСУ) за­нимают промежуточное положение между автоматическими и неавтоматизированными системами. Особенность этих си­стем состоит в том, что сбор и обработка информации, необ-

ходимой для выработки управляющих воздействий, осуще­ствляется автоматически, при помощи соответствующей аппаратуры и компьютеров, а решение, необходимое в воз­никшей ситуации, принимает человек. Более подробно эти системы мы рассмотрим в следующем параграфе.

Управление, при котором темп подачи управляющих воздействий на объект управления согласован со скоростью протекания процессов в этом объекте, называется управле­нием в реальном масштабе времени. Если в качестве управляющей системы используется ЭВМ, то она должна об­ладать таким быстродействием, чтобы за время получения информации о состоянии объекта управления плюс время выработки управляющего воздействия состояние объекта не изменилось.

Если состояние объекта изменяется достаточно медлен­но по сравнению со временем выработки управляющего воздействия, то информация о его состоянии запрашива­ется управляющей системой через определенные проме­жутки времени. Если в качестве управляющей системы используется ЭВМ, то она в этом случае может управлять несколькими объектами. Период запроса выбирается так, чтобы могли быть обработаны все объекты, управляемые данной ЭВМ.

Если состояние объекта изменяется значительно быстрее времени выработки управляющего воздействия, информа­ция о состоянии объекта поступает в управляющую систему с задержкой, уже устаревшей. Управление в этом случае возможно лишь на основе прогностических моделей поведе­ния объекта. Эффективность такого управления весьма условна и зависит во многом от того, насколько используе­мые модели адекватны реальному поведению объекта.

Когда мы говорим о способах управления в зависимости от вида управляющих воздействий, то наиболее знакомы­ми являются «командное» управление и управление на основе системы установленных правил.

Пример. «К ноге!», «Сидеть!», «Рядом!», «Апорт!», «Дай лапу!» — с помощью этих команд владелец собаки управляет ее поведением. Следующая команда дается только тогда, когда предыдущая выполнена.

При форматировании выделенного фрагмента текста в текстовом редакторе пользователь ПК также выдает команды по одной: «установить кегль 14», «выбрать шрифт Times», «центрировать заголовок» и так далее.

С точки зрения системы управления, такой способ очень удобен, поскольку каждая новая команда дается с учетом того, в каком состоянии находится объект в данную минуту и каково воздействие среды именно сейчас. То есть обратная связь используется в полном объеме. Но ситуаций, когда та­кое управление возможно и эффективно, не так уж много.

В обществе (в социальных системах) чаще всего управле­ние осуществляется через установление правил поведения отдельных лиц, коллективов, общества в целом.

Пример. Конституция государства лежит в основе управления де­ятельностью всех государственных органов. Кодекс законов о труде регулирует поведение работода­телей и наемных работников.

При общении люди руководствуются сложившимися нравственными нормами и традициями. Управление школой осуществляется на основе устава школы.

Управление футбольным матчем происходит в соответст­вии с футбольными правилами.

Так же как в системах автоматического регулирования, в системах управления, основанных на соблюдении правил, должны быть контролирующие органы, органы, принимаю­щие решения в случае нарушения правил, органы, коррек­тирующие поведение, отклоняющееся от норм.

Системы правил бывают двух видов. Первые — запреща­ющие — предупреждают, чего не надо делать, вторые — раз­решающие — устанавливают, какие действия разрешены в данной ситуации.

Управление на основе системы правил (наряду с алгорит­мическим) реализуется в системах искусственного интеллек­та, в частности, в экспертных системах. Как правило в них используются и запрещающие, и разрешающие правила. Именно применение их в совокупности позволяет нередко отыскать неожиданное, оригинальное решение проблемы.

Распространенным является и управление через задание алгоритма. Основное отличие этого способа управления от командного состоит в том, что при разработке алгоритма не­обходимо заранее предусмотреть возможные воздействия внешней среды и смоделировать поведение объекта в разных условиях.

Наиболее известными примерами алгоритмического управления является работа компьютера, станков с число­вым программным управлением, программируемых автома­тов.

О том, что работа компьютера осуществляется на основе алгоритмов, вам хорошо известно. Но алгоритмический стиль деятельности характерен и для людей. Как правило алгоритмы, «управляющие» деятельностью специалиста, формируются в процессе обучения и совершенствуются в процессе профессиональной деятельности.

Пример. При начислении заработной платы бухгалтер выполняет вполне определенную последовательность действий (ана­лиз тарифных ставок, анализ табеля рабочего времени, расчет среднедневного заработка и пр.). Общий алгоритм деятельности врача менее строгий, но также вполне определенный (выслушать жалобы больно­го, выявить симптомы, назначить анализы, установить диагноз, назначить лечение).

Среди технических систем, способных приспосабливать­ся к изменению внешних воздействий, выделяют самонаст­раивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся системы.

Примером самонастраивающейся системы является те­левизор, у которого есть функция автоматической настрой­ки каналов.

Существуют самонастраивающиеся станки с программным управлением. Их управляющее устройство следит за отклоне­ниями в размерах изготавливаемых деталей, автоматически вносит изменения в программу, по которой работает станок, чтобы свести брак к минимуму. Самонастраивающиеся систе­мы могут успешно действовать только в рамках предусмот­ренных в программе внешних воздействий.

Самоорганизующиеся системы — это системы, в кото­рых предусмотрена реакция на непредвиденные обстоя­тельства.

Первым примером самоорганизующейся системы высту­пил гомеостат У.-Р. Эшби. Вы сами сможете легко смодели­ровать простейшую самоорганизующуюся систему, написав несложную программу.

Пример. Представим память компьютера в виде одномерного мас­сива. Заполним его случайным образом цифрами от 0 до 9. Пусть теперь значения, записанные в ячейках памя­ти, (элементы массива) попарно перемножаются, и для полученного произведения цифра, стоящая в его млад­шем разряде, записывается в ячейку вместо первого со­множителя. Запустим программу. Вы знаете, что произ­ведение только двух нечетных чисел является нечетным числом, а при умножении четного числа на четное и чет-

ного числа на нечетное получается четное число. Можно сделать предположение, что при многократном повторе­нии операции попарного умножения в массиве будет все больше четных чисел — четные имеют больше шансов «выжить». Они будут постепенно замещать в памяти ма­шины числа нечетные. Со временем, проводя «в жизнь» свое целенаправленное поведение, программа вытеснит из памяти все нечетные числа.

Самообучающиеся автоматы способны к поиску новой информации, которую они записывают в свою память. Само­обучение может проходить по методу проб и ошибок или по методу обучения на примерах. В первом случае заранее раз­рабатывается система «поощрений», когда действие автома­та удачно, и «наказаний» при неудачах. Во втором случае автомату «предъявляются» несколько объектов (значков, звуков, ситуаций и пр.), относящихся к разным классам, распознавать которые автомат должен научиться. В процес­се обучения, последовательно воспринимая и сравнивая между собой объекты, автомат находит сходство в объектах, принадлежащих одному классу, и различие — в объектах разных классов.

Пример. Попробуйте поиграть роль автомата, самообучающегося на примерах. На рисунке 3.2.3 изображено 8 фигурок. Известно, что их можно разделить на два класса, но при­знак, по которому фигурку можно отнести к первому или ко второму классу, неизвестен. Вам необходимо этот признак сформулировать для первого (номера классов над фигурками) и второго (номера классов под фигурка­ми) вариантов разбиения на классы (признак может быть простым или сложным).



Рис. 3.2.3. Пример на выявление признаков класса объектов

Исследование и воспроизведение процедур обучения рас­познаванию в искуственных системах важно для создания систем искусственного интеллекта в робототехнике. Эти процедуры являются важнейшим компонентом в програм­мах распознавания образов.



Виды управления:

• по степени автоматизации:

• автоматические;
  
• автоматизированные;
  
• неавтоматизированные;
  

• по учету фактора времени:

• управление в реальном масштабе времени;
  
• опросное (выборочное) управление;
  
• управление с задержкой;
  

• по виду управляющих воздействий:

• управление посредством команд;
  
• управление через алгоритм;
  
• управление на основе системы правил;
  
• управление посредством малых резонансных воздейст­вий в точках бифуркации (неравновесия).
  

В неавтоматизированных системах управления чело­век сам оценивает, как под влиянием внешних воздействий изменяется состояние управляемого объекта, и при помощи органов управления компенсирует возникающие отклоне­ния.

В системах автоматического управления (САУ) все операции, связанные с процессами управления (получение информации о поведении и состоянии управляемого объек­та, обработка этой информации, формирование управляю­щих команд, выполнение этих команд соответствующими органами управления), осуществляются без непосредствен­ного участия человека, но в соответствии с заложенными в САУ программами.

САУ — это совокупность управляемого объекта и автома­тического управляющего устройства.

Компонентами САУ являются:

• датчики (чувствительные элементы);
  
• усилительные устройства;
  
• блок принятия решений;
  
• исполнительные механизмы.
  

САУ используются для контроля, защиты, регулирова­ния и управления работой технических устройств.

Особенность автоматизированных систем управления состоит в том, что сбор и обработка информации, необходи­мой для выработки управляющих воздействий, осуществля­ется автоматически, при помощи соответствующей аппара­туры и компьютеров, а решение, необходимое в возникшей ситуации, принимает человек.

Управление, при котором темп подачи управляющих воз­действий на объект управления согласован со скоростью протекания процессов в этом объекте, называется управле­нием в реальном масштабе времени.

Если состояние объекта управления изменяется медленно (скорость изменения невелика), то управление обычно стро­ится на основе периодического опроса состояния объекта (а не постоянного отслеживания).

Если скорость протекания процессов в объекте управле­ния высока, а информация о его состоянии поступает к управляющей системе с задержкой, то управляющее воздей­ствие вырабатывается на основе прогностических моделей поведения объекта.

Большинство технических систем управляются или через задание отдельных команд или с помощью зараннее разра­ботанных алгоритмов (программ).

В случае, если управляющие воздействия представляют собой отдельные команды, то принцип обратной связи испо­льзуется непосредственно, в наиболее явном виде.

Управление в большинстве социальных систем осуществ­ляется на основе системы правил, законов, норм.

Правила бывают двух видов: запрещающие — преду­преждают, чего не надо делать, и разрешающие — устанав­ливают, какие действия разрешены в данной ситуации.

Управление на основе системы правил (наряду с алгорит­мическим) реализуется в системах искусственного интел­лекта, в частности, в экспертных системах.

Если управляющее воздействие задается в виде алгорит­ма, то при его разработке необходимо заранее предусмотреть возможные воздействия внешней среды и смоделировать по­ведение объекта в разных условиях.

Алгоритмический стиль управления характерен для ра­боты компьютера, станков с числовым программным управ­лением, программируемых автоматов.

Алгоритмический стиль составляет основу деятельности специалистов многих профессий.



Задание 1

Определите, к какому виду управления (по разным основаниям классификации) относится каждая из следующих ситуаций (на­пример, вывод документа на принтер под управлением ОС — ав­томатическое, в реальном масштабе времени, алгоритмическое управление):

а) копирование каталога с винчестера на дискету с помощью про­
граммы управления файлами;

б) управление полетом радиоуправляемой модели самолета;

в) работа автоматической стиральной машины в соответствии
с заложенной программой;

г) управление полетом космического спутника;

д) управление энергетической системой района.

Задание 2

Приведите примеры из живой природы, которые в точности ко­пируют схему управления, состоящую из зенитного орудия и связанного с ним радара. (На самом деле все складывалось как раз наоборот: система управления в живой природе послужила прототипом технической системы).

Задание 3

Определите, какой вид управления (в реальном масштабе време­ни, опросное управление или управление с задержкой) реализу­ется в каждом из следующих примеров:

а) вы проверяете знания с помощью компьютерного теста и после
каждого ответа сразу же узнаете, правильный ли он;

б) учитель сообщает вам результаты контрольной работы, кото­
рую вы писали на прошлой неделе;

в) при закреплении пройденного материала учитель дает каждо­
му индивидуальное задание;

г) робот обходит препятствие;

< д) операционная система управляет работой периферийных ( устройств;

е) продажа железнодорожных билетов производится с помощью
автоматизированной системы управления.

Приведите свои примеры управления техническими и социаль­ными системами в реальном масштабе времени, опросного управления и управления с замедленной реакцией.

Задание 4

Приведенные в данном параграфе основания классификации ви­дов управления далеко не полны. Попробуйте подобрать назва­ние основания классификации так, чтобы приведенные ниже примеры относились к разным видам управления. Как можно назвать эти виды управления?

а) управление скоростью движения автомобиля осуществляется
_v при нажатии педали газа или педали тормоза. Громкость звуча­
ния радиоприемника регулируется поворотом ручки громкости;

б) движение радиоуправляемых моделей регулируется с помо­
щью электромагнитных волн, посылаемых пультом-передатчи­
ком. Громкость звучания телевизора и переключение каналов
регулируется с помощью дистанционного пульта управления;

в) управление коллективом предприятия осуществляется на
основании приказов и распоряжений. Родители регулируют по­
ведение детей с помощью просьб, похвал и запретов.



Можно ли считать, что гравитационное взаимодействие «управляет» движением космических тел (например, что притяжение Солнца «управляет» движением Земли)? Спра­ведлива ли для этой ситуации общая схема управления?



Первые системы автоматического управления, вернее, си­стемы автоматического регулирования появились в середине XIX века. Наиболее известная из них — центробежный ре­гулятор Уатта, предназначенный для регулирования числа оборотов вала паровой машины (см. рис. 3.2.4). Именно в этом механизме было впервые реализованно управление без вмешательства людей, появился новый взгляд на принципы управления.

На стыке кибернетики и теории систем автоматического регулирования возникло научное направление, называемое гомеостатикой (homeo — постоянство, statis — состояние).

Рис. 3.2.4

Регулятор Уатта как пример изящества и простоты системы с обратной связью

Все живые организмы могут существовать только при условии постоянства значений жизненно важных парамет­ров, например, температуры тела, кровяного давления и т. п. Это свойство организмов называется гомеостазисом. Значения параметров не являются строго постоянными — они регулируется центрами нервной системы в определен­ных границах в зависимости от состояния организма в дан­ный момент времени и воздействий окружающей среды.

Пример. У человека в нормальных условиях поддерживается иемпература тела 36,6 °С, а при болезни, чтобы лучше противостоять инфекции, она повышается (повышение температуры на 1 °С увеличивает скорость биохимиче­ских реакций почти в 3 раза).

Не только живые организмы, но и многие другие слож­ные системы — экологические, социальные, производствен­ные, экономические — в той или иной степени гомеостатич-ны. У каждой из них есть свои жизненно важные параметры, значения которых необходимо поддерживать в определенных границах при допустимых изменениях окру­жающей среды.

Впервые самоорганизующийся регулятор, способный под­держивать постоянство значения выходного параметра при больших изменениях значений входных параметров, создал У.-Р. Эшби. Он назвал его гомеостатом, и с тех пор это поня­тие стало широко использоваться в теории автоматического регулирования.

Основной принцип гомеостатики — принцип управляемо­го противоречия. Противоречия, возникающие внутри сис­темы не устраняются, а используются, чтобы привести сис­тему в нужное состояние. Именно так работает организм человека.

Пример. Нормальный уровень «густоты» крови поддерживается в результате одновременного воздействия двух противо­борствующих факторов: тромбоциты способствуют свер­тыванию крови, а тучные клетки, вырабатывающие ге­парин, разжижают ее. Клетки околощитовидной железы увеличивают содержание кальция в крови, а С-клетки щитовидной железы делают все возможное, чтобы каль­ция в крови было меньше.

Ожидается, что исследования в области гомеостатики по­зволят:

• создать модели для более глубокого понимания различ­ных патологий в организме человека и животных;
  
• создать имитационные модели возникновения катастроф в экологических и социальных ситемах;
  

• разработать методы конструирования высоконадежных
самоприспосабливающихся систем регулирования работы
ответственных технических объектов;

• применить гомеостатические принципы управления в ней-
рокибернетике и системах искусственного интеллекта;

• разработать методы анализа поведения малых человече­
ских коллективов.

§ 3.3. Автоматизированные системы управления



Управление осуществляется в любых системах, но есть такие системы, где управление — это профессия. Руководи­тель, управляющий, директор, начальник, менеджер, заве­дующий, администратор — все это специалисты по управле­нию.

К чему сводится управленческая деятельность? Обычно к сбору, анализу, выработке, передаче, хранению и перера­ботке информации. Иными словами, это определение целей работы предприятия или организации, наблюдение за хо­дом производства, контроль качества продукции, составле­ние производственной документации, размножение, рас­сылка, регистрация и сортировка документов, организация

связи между отделами производства, взаимодействие с бир­жевыми и банковскими организациями.

Современное производство отличается сложностью, мно­гообразием связей, форм и методов. Чтобы производство было эффективным, потоки информации — плановые и от­четные документы, производственную документацию, ин­формацию о банковских операциях — необходимо обрабаты­вать безошибочно и в самые сжатые сроки. Своевременно и правильно обработанная информация становится важным производственным ресурсом. Использование компьютеров и информационных технологий на всех этапах управления способно повысить его эффективность и качество.

Автоматизированная система управления (АСУ) — комплекс технических и программных средств, обеспечива­ющий в тесном взаимодействии с отдельными специалиста­ми или коллективами управление объектом в производст­венной, научной или общественной сфере.

Основное преимущество АСУ перед «ручными» методами управления состоит в том, что для принятия необходимых решений управленческому персоналу предоставляется более полная, своевременная и достоверная информация в удоб­ной для восприятия форме. АСУ осуществляет автоматизи­рованный сбор и обработку информации, хранение ее в па­мяти ЭВМ, использование нормативно-справочной, исход­ной, промежуточной и выходной информации. Использова­ние систем поддержки принятия решений, экспертных сис­тем, систем автоматизированного проектирования дает воз­можность получать новую информацию. Это еще одна функ­ция АСУ.

Качество управления непосредственно связано с приме­нением математических методов в управлении, внедре­ние которых без компьютера, как правило, невозможно из-за большого объема вычислений.

Пример. Решение задачи составления оптимальной последователь­ности запуска деталей в производство содержит п\ вари­антов, где п — количество видов деталей. При п = 10 чис­ло возможных вариантов запуска достигает 3 600 000. Но в производстве нередко насчитывается до нескольких со­тен видов деталей!

К математическим методам в первую очередь относятся оптимизационные методы, статистическая обработка инфор­мации, математическое моделирование и др.

АСУ различают по выполняемым функциям и результа­там деятельности. По функциям АСУ подразделяются на:

• административно-организационные:

• системы управления предприятием (АСУП);
  
• отраслевые системы управления (ОАСУ);
  

~Ш системы управления технологическими процессами (АСУТП):

• гибкие производственные системы (ГПС);
  
• системы подготовки производства (АСУПП);
  
• системы контроля качества продукции (АСК);
  
• системы управления станками с числовым програм­мным обеспечением (ЧПУ);
  

• интегрированные системы, объединяющие перечислен­
ные виды АСУ в различных комбинациях (например,
АСУП-ГПС и так далее).

По результатам деятельности различают АСУ инфор­мационные, информационно-советующие, управляющие, са­монастраивающиеся, самообучающиеся.

Из всех типов автоматизированных систем АСУП наибо­лее сложная как по структуре, так и по выполняемым функ­циям. В настоящее всемя такие системы все чаще называют системами управления бизнес-процессами предприятия.

Управление производством на предприятии — трудное и ответственное дело, требующее согласованной работы конст­рукторов, технологов, снабженцев, производственников, сбытовиков, экономистов и других специалистов.

Каковы же основные принципы автоматизации управле­ния предприятием?

Прежде всего — принцип комплексности. АСУ обеспе­чивают полный цикл управления, начиная от подготовки и планирования производства и заканчивая сбытом готовой продукции и формированием финансовой и бухгалтерской отчетности. Отчетность же, в свою очередь, через обратную связь замыкается на функцию планирования. В задачи управления входят разработка и производство новых видов изделий, определение технологических маршрутов и подго­товка программ для станков с ЧПУ, расчет пропускной спо­собности оборудования и оценка портфеля заказов, расчет планов производства, потребностей во всех видах ресурсов, учет процесса производства, контроль за расходом сырья и комплектующих, расчет издержек производства и основных технико-экономических показателей (прибыли, рентабель­ности, себестоимости, производительности труда и пр.).

Типовая система автоматизации управления предприяти­ем включает в себя:

• составление проектов и контроль за их исполнением;
  
• управление складскими ресурсами;
  

• оптимизацию движения различных производственных потоков:
  

• материальных — движение сырья, материалов, инстру­ментов, готовой продукции;
  
• денежных — взаиморасчеты между подразделениями, расчеты с поставщиками и клиентами;
  
• информационных — доведение распоряжений до конк­ретных исполнителей, контроль за своевременностью обновления данных в системе и их непротиворечиво­стью;
  
• технологических (АСУТП);
  

• управление загрузкой мощностей предприятия;
  

• разработку новых изделий, включая техническую доку­ментацию;
  

• финансовый анализ и бухгалтерский учет;
  

• оформление заказов и контроль за их своевременным ис­полнением;
  
• анализ изменений, происходящих как внутри, так и вне предприятия и предупреждение о внештатных ситуациях и пр.
  

Общая схема действия АСУ представлена на рис. 3.3.1.



Рис. 3.3.1. Схема организационно-административного управления

в условиях АСУ

Одной из главных задач системы автоматизации управле­ния предприятием является эффективый анализ измене­ний, происходящих как внутри, так и вне предприятия. Анализ дает возможность составить прогнозы дальнейшего развития, на основании которых руководство предприятия может принимать решения об организационных или произ­водственных изменениях. Для анализа обычно используют­ся значительные объемы накопленных данных за различные отрезки времени.

Другая важная особенность АСУ заключается в том, что она не является лишь одним из пассивных инструментов ве­дения бизнеса. Грамотно организованная система активно способствует совершенствованию бизнеса. Поэтому одно из важнейших условий построения системы — гибкость, что позволяет настраивать ее в соответствии со спецификой кон­кретного предприятия. Система, с одной стороны, должна гармонично учитывать в сложившиеся на предприятии тра­диции, а с другой стороны стимулировать его руководство к переходу на новые технологии и методы работы.

Отметим, что внедрению АСУ на предприятии предшест­вует долгая и кропотливая работа по исследованию особен­ностей предприятия, сложившейся системы управления, выявлению сильных и слабых сторон деятельности и пр. Проект по автоматизации управления включает в себя не только определенное количество автоматизированных рабо­чих мест специалистов и комплект программного обеспече­ния, но прежде всего предложения по реорганизации управления предприятием. Как правило, внедрение АСУ неизбежно влечет за собой изменение существующих орга­низационных структур и методов управления, требует бо­лее четкой регламентации документооборота, упорядочива­ния нормативов, совершенствования организации произ­водства и труда. Выбор и внедрение проекта АСУ сопоста­вимы с приобретением, например, новой производственной линии или строительством цеха.

Программное обеспечение — важный компонет АСУ. Современное программное обеспечение АСУП бывает уни­версальным, которое можно использовать на крупных пред­приятиях для любого типа производственного процесса, либо типовым для средних и малых предприятий данной отрасли производства.

Еще один важный компонент — это информационное обеспечение АСУ. Оно охватывает множество документов, необходимых для управления производством, — правовую,

нормативную, техническую, конструкторскую, технологиче-скую, учетную документацию и схемы ее движения, различ' ные классификаторы, кодификаторы и другие информаци' онные массивы.

Информационная база АСУ — это система показателей, описывающих объекты управления: характеристики и свой' ства зданий, сооружений, оборудования, сырья и материа­лов, выпускаемой продукции, кадрового потенциала, по­ставщиков, клиентов, производственные показатели и т. п.

В информационной базе информация не только накапли­вается и хранится, но и обрабатывается, нередко с использо­ванием методов искусственного интеллекта. Это позволяет в рамках информационной базы решить многие задачи, свя­занные с поиском, слиянием, обобщением информации. Ин­формационная база АСУ — основа безбумажной технологий управления.

Основными элементами АСУ являются автоматизирован­ные рабочие места специалистов, объединенные в локаль­ную корпоративную вычислительную сеть.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) — рабочее место специалиста, оснащенное компьютером или комплек-сом специализированных устройств, соответствующим про­граммным обеспечением, которые позволяют автоматизиро­вать часть выполняемых специалистом производственых операций.

Пример. АРМ бухгалтера — это компьютер с установленным на нем дакетом бухгалтерских программ с выходом на банк учетных данных предприятия.

АРМ конструктора (рис. 3.3.2) не обходится без специа­лизированных устройств и программ работы с графикой, а также нормативно-справочных ИПС. АРМ технолога-контролера включает кроме всего проче­го приборы контроля и автоматической регистрации па­раметров технологического процесса.

В интегрированных АСУП АРМ специалистов объедине­ны нередко в технологические цепочки, так что выходная информация конструктора является входной для технолога. В свою очередь выходная информация технолога становится управляющей программой для автоматического оборудова­ния и входной информацией для контролера и так далее. -у Перечислим преимущества, которые дает предприятию системный подход к автоматизации управления: • необходимая оперативность контроля и гибкость управле­ния предприятием;



Рис. 3.3.2. Программное средство автоматизированного проектирования — элемент АРМ конструктора

• возможность получения непротиворечивых и полных
данных о финансово-экономическом состоянии предприя­
тия;

• обеспечение оперативного доступа к аналитической ин­
формации о работе предприятия со стороны служб управ­
ления в процессе принятия решений;

• наличие автоматизированной системы ведения отчетной
документации и автоматизацию документооборота в це­
лом;

• снижение трудоемкости по составлению всевозможных
отчетов и справок, выполнению типовых расчетов;

• возможность статистического анализа показателей рабо­ты предприятия и определение на его основе мероприя­тий по совершенствованию производственной деятельно­сти и сокращению материальных потерь;
  

• внедрение обоснованного рационального планирования;
  

• использование современных методологий управления предприятием;
  

• улучшение условий труда управленческого аппарата;
  

• наличие нескольких уровней защиты информации от не­
санкционированного доступа и многоуровневое разграни­
чение привилегий доступа;

• возможность автоматизации деятельности международ­
ных компаний, подразделения которых работают с раз­
личными план-счетами, валютами, с учетом различных
нормативных и правовых отношений.

Информационные основы управления 141

АСУ только предоставляет преимущества. Реализовать их — задача людей. А потому особое внимание при внедре­нии АСУ уделяется именно человеческому фактору. Любая из технических систем — лишь механизм для повышения эффективности управления, принятия правильных страте­гических и тактических решений на основе своевременной и достоверной информации, выдаваемой компьютером.



Управленческая деятельность во многом связана со сбо­ром, анализом, выработкой, передачей, хранением и преоб­разованием информации.

Своевременно и правильно обработанная информация становится важным производственным ресурсом.

Использование компьютерных информационных техно­логий на всех этапах управления способно повысить эффек­тивность и качество управления.

Автоматизированные системы управления (АСУ) — ком­плекс технических и программных средств, обеспечиваю­щий в тесном взаимодействии с отдельными специалистами или коллективами управление объектом в производствен­ной, научной или общественной сфере.

Основное преимущество АСУ перед традиционными мето­дами управления состоит в том, что для принятия необходи­мых решений управленческому персоналу предоставляется более полная, своевременная и достоверная информация в удобной для восприятия форме.

По функциям АСУ подразделяются на следующие виды:

• административно-организационные:

• системы управления предприятием (АСУП);

• отраслевые системы управления (ОАСУ);

• системы управления технологическими процессами (АСУТП):

• гибкие производственные системы (ГПС);
  
• системы подготовки производства (АСУПП);
  
• системы контроля качества продукции (АСК);
  
• системы управления станками с числовым програм­мным обеспечением (ЧПУ);
  

• интегрированные системы, объединяющие перечислен­
ные виды АСУ в различных комбинациях.

По результатам деятельности различают АСУ информа­ционные, информационно-советующие, управляющие, само­настраивающиеся , самообучающиеся.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) — наиболее сложная как по структуре, так и по вы­полняемым функциям автоматизированная система управ­ления.

Основные принципы автоматизации управления предпри­ятием — комплексность и гибкость.

Принцип комплексности заключается в том, что АСУ обеспечивает полный цикл управления, начиная от подго­товки и планирования производства и заканчивая сбытом готовой продукции и формированием финансовой и бухгал­терской отчетности. Отчетность же, в свою очередь, через обратную связь замыкается на функцию планирования.

Принцип гибкости позволяет рассматривать АСУ не как пассивный инструмент ведения бизнеса, но как средство его совершенствования. АСУП, с одной стороны, должна гармо­нично учитывать сложившиеся на предприятии традиции, а с другой стороны — стимулировать его руководство и специ­алистов к переходу на новые технологии и методы работы.

Внедрение АСУП направлено на:

• повышение эффективности принимаемых решений, осо­бенно в части оптимального использования всех видов ре­сурсов и потенциальных возможностей производства;
  
• повышение производительности труда инженерно-техни­ческих и управленческих стуктур за счет выполнения основного объема расчетных, учетных и поисковых задач на ЭВМ.
  

Важные компоненты АСУ — аппаратное обеспечение, программное обеспечение, информационное обеспечение, математическое обеспечение.

Информационное обеспечение АСУ охватывает всю доку­ментацию (правовую, нормативную, техническую, конст­рукторскую, технологическую, учетную), представленную в электронном виде и необходимую для управления производ­ством, а также схемы ее движения.

Основными элементами АСУ являются автоматизирован­ные рабочие места специалистов, объединенные в локаль­ную корпоративную вычислительную сеть.

Автоматизированное рабочее место — рабочее место специалиста, оснащенное компьютером или комплексом специализированных устройств, соответствующим про-

граммным обеспечением, которые позволяют автоматизи­ровать часть выполняемых специалистом производственых операций.

Одна из основных целей автоматизации — возможность для каждого сотрудника, относящигося к любому подразде­лению, получения информации в то время и в той форме, которые ему необходимы.

Особое внимание при внедрении АСУ уделяется человече­скому фактору.

Любая из технических систем — лишь механизм для по­вышения эффективности управления, принятия правиль­ных стратегических и тактических решений на основе свое­временной и достоверной информации, выдаваемой компьютером. Этот механизм полезен только при правиль­ном, целесообразном использовании его человеком.



Задание 1

Многие школы сегодня внедряют автоматизированные системы управления. Это, например, системы автоматизированного со­ставления расписания или АРМ завуча. Если в вашей школе есть такие системы, выясните и опишите их назначение, состав, фун­кции, преимущества.

Задание 2

Автоматизация делопроизводства и документооборота — важ­ные подсистемы АСУП. Именно с них чаще всего и начинается разработка и внедрение автоматизированной системы управле­ния.

Обоснуйте, почему от эффективности функционирования этих подсистем зависит эфективность всей системы управления пред­приятием.

Задание 3

Представьте, что вы — руководитель небольшой хлебопекарни и хотите на своем предприятии внедрить АСУП. Для рабтников каких специальностей вы будете создавать АРМы? Какое техническое обеспечение вам для этого понадобит­ся? Какие из известных вам прикладных программ найдут себе

применение в этой системе? Какие информационные базы при­дется разработать? Какими методами вы будете определять на­правления основных информационных потоков? Какие основ­ные трудности вы предвидите?



28 марта 1979 года на атомной станции «Тримайл Айленд» произошла авария. Отказал крошечный клапан пневматической системы, это привело к прекращению цир­куляции воды в системе водяного охлаждения реактора, а потом и к неуправляемому разогреву урановой активной зоны реактора. Потребовалось несколько дней напряжен­нейшей работы, чтобы взять ситуацию под контроль.

Когда комиссия расследовала, почему авария, которую, казалось бы, несложно было устранить, едва не вылилась в трагедию, оказалось, что основной причиной были неправи­льные действия операторов. А произошло это потому, что АСУ станции была разработана без учета человеческих воз­можностей. В течение первых нескольких минут сработало 100-200 предупредительных аварийных сигналов: звенели зуммеры, включались и выключались насосы, отпирались и запирались вентили. В зале управления не утихала бурная деятельность множества людей. На операторов обрушилась такая лавина информации (показания дисплеев, предупре­дительные сигналы, данные распечаток и т. п.), что было со­вершенно невозможно выявить неисправность и правильно выбрать меры по ее устранению. Операторы просто не могли уследить за всем, что происходило — это было выше челове­ческих сил.

Урок, вынесенный из этой аварии, очевиден: пока конст­рукция технической системы (особенно автоматизирован­ной) не будет во всех деталях продумана так, чтобы все происходящее в ней было абсолютно понятно обслуживаю­щему персоналу, пока информация не будет представлена в форме, удобной для восприятия человеческим глазом и мозгом, а не машиной, любая неполадка в автоматизиро­ванной системе управления может сделать ее полностью не­управляемой.



Термин «АСУ» появился в середине 60-х годов. Первона­чально АСУ строились на базе высокопроизводительных (для своего времени) ЭВМ. Для их размещения и обеспече­ния работы создавались вычислительные центры (ВЦ), для которых необходимы были обученный персонал, специально оборудованные помещения, определенный микроклимат. При таких ВЦ создавались службы АСУ (иногда численно­стью до 200-300 человек). Обработка информации велась централизовано.

С появлением персональных ЭВМ АСУ стали создаваться на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ), объеди­ненных в локальную вычислительную сеть (ЛВС).

В нашей стране разработка и внедрение АСУ во многие сферы производства широко проводились в 60-70-х годах. На предприятиях создавались вычислительные центры на базе больших ЭВМ (мэйнфреймов). Работали целые науч­но-исследовательские институты АСУ. В вузах создавались факультеты АСУ, призванные подготовить квалифициро­ванных специалистов для этой области. Выдвигалась даже идея создания Общегосударственной автоматизированной системы сбора и обработки информации для учета, планиро­вания и управления народным хозяйством. К сожалению, возможности техники и технологии не соответствовали в то время уровню решаемых задач. Идея АСУ опередила свое время. Но хорошие идеи все равно рано или поздно вопло­щаются в жизнь. Изменение названия (вместо АСУ сейчас чаще используют название «корпоративные системы управ­ления бизнес-процессами предприятия», но оно еще только приживается) обусловлено не изменением целей и функций АСУ, а скорее реализацией этих же целей на вычислитель­ной технике нового поколения — персональных компьюте­рах и компьютерных сетях. И если Интернет — это глобаль­ная сеть, предназначенная в основном для обеспечения «коммуникации без границ», то сети Интранет (Intranet) — техническая база АСУ нового поколения.

О значении АСУ в экономической жизни говорят следую­щие факты.

В странах с развитой экономикой в той или иной мере ав­томатизированы все предприятия, на которых работает свы­ше 500 человек.

Во многих странах на государственном уровне практиче­ски полностью автоматизировано управление в сфере нало­гового учета. Широко распространена автоматизация в бан­ковской системе. Высоки уровни автоматизации бухгалтерского учета и финансового анализа. Успехи транс­портного обслуживания также во многом обязаны автомати­зации управления.

Сегодня невозможно производство без полной автомати­зации управления технологическими процессами в отрас­лях, связанных с современными «высокими технологиями». Это, в частности, относится к производству компьютеров, космической и робототехники, синтезу новых материалов и т. п.

§ 3.4. Самоуправляющиеся системы

У информатики как науки счастливая судьба — многие ее теоретические разработки сразу же внедряются в практику и получают широкое распространение. Таковыми являются ме­тоды кодирования информации и информационно-поисковые системы, методы автоматической обработки информации и системы искусственного интеллекта. АСУ — это также при­мер практического применения сразу многих достижений те­оретической информатики. Но у любой науки есть сферы перспективных теоретических исследований, часто их назы­вают фундаментальными исследованиями. Эти исследования проводятся не для того, чтобы результаты сразу же реализо-вывать в виде какого-нибудь нового устройство или способа деятельности, а для того, чтобы познать новое.

Человек очень любознателен, и больше всего его интере­суют вопросы: «Как устроен этот мир?», «Почему это проис­ходит именно так?», «Что лежит в основе наших поступ­ков?». Вопросы, о которых пойдет речь в этом и следующих параграфах, относятся к числу фундаментальных исследова­ний кибернетики и информатики. Проблемы самоуправляю­щихся, устойчивых, самоорганизующихся систем занимают сейчас умы многих исследователей.

Стоит отметить, что нередко решение сугубо теоретиче­ских фундаментальных проблем оказывалось крайне необ­ходимым и полезным для решения задач практических.



Сложные технические системы могут быть самонастраи­вающимися, самоорганизующимися, самообучающимися, но для всех них характерно наличие более или менее авто­номной управляющей системы — субъекта управления.

Является ли субъект необходимым компонентом управле­ния? Существуют различные точки зрения.

Пример. Гениальный русский писатель Лев Толстой, описывая «стиль управления» Кутузова во время Бородинской бит­вы, исходил из того, что все события разворачивались в определенной мере сами собой и роль главнокомандующе­го сводилось к тому, чтобы не мешать общему течению событий. Напротив, Наполеон все время активно влиял на события и, в конечном счете, проиграл войну.

Пример. Бактерия попадает в среду, содержащую ядовитый для нее пенициллин. В ответ она начинает выделять особое вещество — фермент пеницелиазу, который его разру­шает. Как только бактерия разрушит весь пенициллин, синтез фермента прекратится.

Пример. Человек начинает бег. Пульс у него немедленно учаща­ется, в результате снабжение мышц кислородом увели­чивается и они получают больше энергии для своей рабо­ты.

Пример. Особое значение в биологии имеют особый вид реак­ции — гомеостаз, поддерживающий постоянство внут­ренней среды организма, например, температуру. Скорость различных физиологических процессов в рас­тительном мире зависит от температуры: обычно ско­рость удваивается при каждом повышении температуры на 10 ^СС. При температуре замерзания воды процессы жизнедеятельности замирают, а с повышением темпера­туры идут быстрее. Когда достигается некоторая крити­ческая точка, скорость снова падает, так как начинается распад некоторых веществ, а при дальнейшем повыше­нии температуры организм погибает. Большинство растений и животных относятся к числу холоднокровных и температура их тела близка к темпе­ратуре окружающей среды. По мере снижения темпера­туры активность их падает. Птицы и млекопитающие способны поддерживать температуру тела на постоянном уровне (35-38 °С) независимо от температуры окружаю-

148