Концепція інтегрованих автоматизованих систем, Комерція, Різне, статті

1. Загальні положення

Як інтегрованих АСУ розглядаються системи, при створенні яких реалізований принцип спадного проектування систем, що виконують взаємозв’язані функції компонентів, які в результаті взаємодії забезпечують досягнення цілей управління. Інтегрована АСУ відрізняється насамперед методикою побудови, що забезпечує узгоджене досягнення цілей, кожна з яких не може бути досягнута за рахунок локального використання окремих видів АСУ.

Інтегрована АСУ забезпечує узгоджене і координоване рішення задач з урахуванням тимчасової і рівневої ієрархії за рахунок поділу загальної задачі управління за фазами планування, регулювання, обліку, аналізу, а також тимчасової ієрархії завдань всередині кожної фази. В ІАСУ забезпечуються координація процесів дослідження ходу виробництва, оперативного і перспективного планування та адаптація системи за рахунок зміни складу і взаємозв’язків між завданнями, а також характеру взаємодії між її компонентами.

Можна виділити безліч різних приватних концепцій ІАСУ, в яких на перший план в залежності від цілей інтеграції можуть виступати проблеми технічної, інформаційної, програмної, організаційної сумісності і взаємодії, функціональної інтеграції, організації узгодженої роботи між різними видами АСУ (АСУ П-АСУ ТП, АСУП-АСУО, АСУ П-САПР і т. д.), інтеграції автоматизованої і неавтоматизованої частин системи управління, окремих фаз циклу управління, системи автоматизованої обробки даних, а також даних, необхідних для прийняття рішень. Вибір переважного напрямку інтеграції АСУ може бути здійснений на основі оцінки функціональної структури ІАСУ, ефекту, одержуваного в результаті спільного і узгодженого функціонування локальних АСУ, а також витрат на забезпечення їх сумісності та взаємодії.

Важливу роль відіграє визначення вимог до програмних засобів інтеграції, що забезпечує вирішення комплексу завдань відповідно до заданого тимчасовим регламентом і ієрархією взаємозв’язків, а також до засобів аналізу накопичених даних про хід виробництва в процесі автоматизованого управління.

2. Основні напрями інтеграції в системах управління

Більшість АСУ впроваджені на основі локальних рішень приватних проблем. При цьому використання математичних методів і моделей для вирішення задач управління обмежена. Перехід до інтеграції автоматизованих систем пов’язаний із системним аналізом об’єкту і завдань управління; з постановкою і формуванням комплексу задач управління як задач оптимізації по деякому загальному для системи критерієм ефективності функціонування; з використанням економіко-математичних моделей об’єкта управління для об’єднання приватних завдань управління, прогнозу можливих станів і вибору оптимальних управлінь.

Системний аналіз функціонування підприємства вимагає розглядати досліджувані явища і процеси комплексно, з урахуванням їхніх зовнішніх і внутрішніх зв’язків, істотних з точки зору цілей, поставлених перед системою. У застосуванні до проблеми створення інтегрованих АСУ це вимагає регулярного здійснення наступного комплексу робіт: визначення цілей інтегрованої системи, виділення локальних об’єктів управління, встановлення структури цілей і завдань об’єкта управління, виявлення та аналізу істотних зовнішніх і внутрішніх зв’язків, встановлення способу функціонування об’єкта і виділених частин у динаміці, визначення способів комплексування завдань управління, визначення напрямів інтеграції системи управління, впровадження локальних систем і досягнення локальних цілей, переходу до спільного функціонуванню локальних частин системи.

Вимагаючи чіткого формулювання проблеми і конкретних цілей її вирішення, методологія побудови ІАСУ передбачає виключення з розгляду неформалізованих проблем. При дослідженні виробничих процесів як об’єктів управління (і особливо їх інформаційної структури) існує безліч проблем такого роду. Прикладом можуть служити деякі “традиційні” форми внутрішньої і зовнішньої звітності, призначення яких часом нікому не відомо.

При розробці ІАСУ необхідно розглядати у єдності людини, машину, інформацію, щоб, з одного боку, підготувати управлінському персоналу за допомогою ЕОМ необхідну інформацію для якісного прийняття рішень, а з іншого боку – обмежити потоки не відносяться до справи надміру деталізованих відомостей. Щоб результати машинної обробки інформації могли ефективно впливати на виробничий процес, необхідно отримувати їх до певного терміну. Склад, кількість потрібної інформації та час її обробки є критичними факторами при розробці інтегрованих систем управління.

Як показує аналіз, найбільший ефект може бути отриманий, коли три рівні управління – локальні функціональні підсистеми, підсистема оперативного управління і координації та підсистема планування – Будуть розглядатися як єдине ціле. При цьому аналіз зовнішнього середовища і виявлення економічно виправданого набору завдань доцільно вважати функцією підсистеми більш високого рівня, яка задає підсистемі планування виробництва обсяг і номенклатуру підлягає виготовленню продукції.

Такий підхід дозволяє створити систему, в якій інтеграція інформації, необхідної для прийняття рішень на кожному рівні (“горизонтальна” інтеграція), поєднується з інтеграцією функцій управління по рівнях (“Вертикальна” інтеграція).

Граничні можливості інтеграції визначаються видом зв’язків між окремими об’єктами управління. Це означає, наприклад, що в межах автоматизованої системи управління підприємством може існувати інтеграція декількох відносно слабко пов’язаних між собою систем управління виробництвом, адміністративно-господарською діяльністю, кадрами і т. д. Однак інтегрованими ці системи можна буде називати лише в тому випадку, якщо їм буде доступна вся інформація, необхідна для прийняття рішень з управління відповідним об’єктом, а управління на всіх рівнях буде координуватися з позицій досягнення спільної мети.

3. Узгодження рішень – основне завдання ІАСУ

При створенні ІАСУ в процесі дослідження об’єкта виникає завдання виявлення структури виробничих зв’язків, імовірнісних показників – продуктивності окремих ділянок, витрат та якості продукції, імовірнісних характеристик витрати матеріалів та інструменту, а також динаміки змін первинних завдань.

Знання характеристик як самого об’єкта управління, так і його зв’язків із зовнішнім середовищем пов’язано з отриманням багатовимірних статистичних даних, аналіз яких дозволяє врахувати ймовірності змін завдань і станів зовнішнього середовища, а також можливий розкид характеристик об’єктів при вирішенні завдань управління. Така статистика дозволяє виділити області часто повторюваних виробничих ситуацій, що дає можливість заздалегідь вибрати для них стратегію у прав генія.

Якщо АСУ розробляється для нового підприємства та його імовірнісні характеристики, як і імовірнісні характеристики зовнішнього середовища, встановити не представляється можливим, то для цього випадку вихідними є характеристики і виробничі ситуації, знайдені на підставі аналізу аналогічних діючих підприємств (наприклад, методом експертних оцінок).

Так як завжди зовнішнім середовищем задається не один, а кілька критеріїв оцінки функціонування підприємства, деякі з яких несумірні, то виникає завдання впорядкування критеріїв шляхом їх ранжування, завдання пріоритетів або вагових коефіцієнтів.

Вимірювання пріоритетів може здійснюватися, коли значення максімізіруемой або мінімізується цільової функції досягає деякого заздалегідь встановленого рівня. Наприклад, критерій максимізації продуктивності може втратити свій перший пріоритет в тих випадках, коли рівень виробництва перевищить задане значення.

Вибір пріоритетів є неформальною операцією і може здійснюватися з використанням методів теорії прийняття рішень. Для моделювання процесів прийняття рішень звичайно складаються сценарії. Аналогічно можуть визначайся вагові коефіцієнти, що перетворюють векторний критерій в скалярний.

Структура виробничих зв’язків для кожної з виробничих ситуацій визначає можливість декомпозиції загальної мети, що задається зовнішнім середовищем, на безліч підцілей кожної ділянки виробництва утворюють дерево цілей.

При складанні дерева цілей необхідно враховувати не тільки виробничі можливості ділянок виробництва, а й обмеження, що накладаються зовнішнім середовищем за ресурсами та строками.

На підставі дерева цілей основного виробництва будуються взаємопов’язані з ним дерева цілей для всіх допоміжних підрозділів заводу, забезпечують основне виробництво необхідними ресурсами.

Дерево цілей можна представити у вигляді графа, що відображає зв’язки і підпорядкованість цілей (вертикальні рівні) і функції управління, що забезпечують досягнення цих цілей (горизонтальні рівні).

Прикладами функцій є оперативне управління виробництвом, управління матеріально-технічним постачанням, управління збутом і т.д.

На основі дерева цілей здійснюється декомпозиція загальних критеріїв оцінки функціонування виробничого процесу, що дозволяє кожній підцілі поставити у відповідність певні критерії. Вибір підцілей і критеріїв для кожного елемента виробничої структури дозволяє сформулювати завдання управління і отримати тим самим функціональну структуру системи управління виробництвом, відповідну дереву цілей.

Сукупність локальних критеріїв повинна відповідати загальним критеріям. З урахуванням характеристик ланок виробничої структури пріоритети або вагові коефіцієнти локальних критеріїв повинні змінюватися. Наприклад, ділянці виробництва, що складається з двох послідовно працюючих arpeгатов, задані критерії максимізації продуктивності і мінімізації витрат енергії з першим і другим пріоритетами відповідно. Нехай при задоволенні першого критерію один з агрегатів досяг своєї граничної продуктивності і став вузьким місцем. Тоді для другого агрегату критерій максимізації продуктивності втрачає сенс, а досягнуте значення цільової функції перетворюється в обмеження при роботі за критерієм з другим пріоритетом.

При виборі завдань узгодженого управління застосовувані моделі повинні не тільки враховувати обмеження по продуктивності і іншими показниками, а й відображати усереднені співвідношення між змінними, впливають на показники, що входять в критерії. Використання в моделі усереднених співвідношень змінних знижує її точність і означає, що модель лише “в середньому” відповідає реальним характеристикам об’єкта. Прикладом є так звані нормативні показники продуктивності, отримані усередненням результатів роботи об’єкта 6eз врахування ступеня узгодженості його функціонування з іншими об’єктами, без урахування зміни характеристик протягом міжремонтного періоду роботи устаткування і т. д.

Управлінням з середнім характеристикам є об’ємне календарне планування виробництва в масштабі групи цехів, встановлює обсяги виробництва за календарними термінами. Розглядаючи параметри цього плану як завдання цілей та критеріїв зовнішнього середовища, можна відшукати управління для виробничих структур кожного з цехів і великих ділянок, моделі яких враховують укрупнені характеристики окремих агрегатів, що входять до складу цих цехів та дільниць. Знайдене управління має форму більш деталізованого об’ємно-календарного плану з розбивкою на більш дрібні інтервали часу. Нарешті, аналогічним чином можуть бути знайдені узгоджені між собою календарні плани-графіки роботи агрегатів.

Число ступенів розбиття завдань управління ІАСУ визначається обчислювальними можливостями технічного забезпечення, складністю вирішення завдань управління, а також імовірнісними характеристиками діючих на виробничий процес збурень, що викликають відхилення реального ходу виробництва від запланованого. Чим більше укрупнена модель використовується для вирішення завдання управління, тим вище ризик відхилення параметрів об’єкта при функціонуванні від оптимальних. Зменшення ризику можна досягнути деталізацією моделей, уточненням їх параметрів на підставі аналізу відхилень від плану в процесі функціонування об’єкта.

Таким чином, при виборі числа рівнів деталізації моделей при узгодженому управлінні необхідно використовувати дані статистичного аналізу причин розбіжності між планом і реальним ходом виробничого процесу: виявити комплексні характеристики, що оцінюють організаційні та технологічні труднощі; побудувати імовірнісну модель невпорядкованості виробничого процесу як функції від характеристик організаційних і технологічних труднощів для різних виробничих ситуацій: визначити інтервали часу планування та управління при даній ступеня укрупнення моделей, що забезпечують заданий значення характеристик виконання плану.

В залежності від складності загальної задачі управління число рівнів деталізації з послідовним уточненням управління може бути різним. Так, завдання об’ємно-календарного планування можуть ділитися на завдання середньострокового і короткострокового планування, завдання побудови графіка реалізації планових завдань, завдань на короткий термін і т д.

Ієрархія планування

Розбивка по часу є одним з основних параметрів планування. Іншим параметром є ступінь реалізації, яка зазвичай зростає із зменшенням періоду планування.

В результаті в процесі планування виділяються етапи з дискретними тимчасовими горизонтами планування Перехід oт одного горизонту планування до іншого здійснюється або після закінчення якогось часу або в результаті накопичення інформації, або в результаті виникнення будь-яких подій, що вимагають розробки планів чергового періодa.

Довгострокове планування майже повністю грунтується на пpoгнозax. Довгострокові прогнози по сировині, енергії, трудоресурсов або довгострокові замовлення стають надалі обмеженнями. Рішення про капіталовкладення при довгостроковому плануванні повинні прийматися з урахуванням термінів проектування і будівництва нових підприємств.

Середньострокове планування звичайно охоплює період oт 1 до 5 років. Як довгострокове, гак і середньострокове планування може вважатися стратегічним етапом інтеграції.

Реалізацією cтратегіческіх і тактичних нетей є в взаємопов’язані річні, квартальні, місячні, декадні (тижневі), добові плани і графіки.

При розробці планів і графіків у цілому розклад складається на більш тривалий час, ніж потрібно, але по закінченню певного інтервалу графік переглядається. Такий підхід забезпечує більшу стійкість виробничих графіків в умовах невизначеного майбутнього ходу процесу.

Багаторівнева адаптація в ІАСУ

Основою отримання ефективного рішення є максимально точне формалізований опис поведінки системи. Тому методологія системного аналізу передбачає безперервне поліпшення раніше прийнятих рішень за рахунок адаптації вихідної моделі до умов функціонування: накопичення інформації про поточний стан виходу для оцінки неузгодженості; підготовки рекомендацій про місце, час і формою управління, його ймовірні наслідки на виході об’єкта. Цього принципу в повній мірі відповідає багатошарова концепція адаптації управління виробництвом.
В інтегрованій системі управління виділяються чотири рівні.

Перший рівень взаємодіє з об’єктом безпосередньо в реальному часі процесу. Оброблені з датчиків відомості можуть оброблятися (згладжуватися, усредняться, лінеаризована і т. д.) то передачі їх в систему прийняття рішення для зберігання і подальшого використання. У завдання поточного контролю подій входить виявлення подій, що впливають на рішення з управління. Ці події мoгyт ініціювати видачу керуючої дії, видачу сигналу на завершення попереднього завдання, введення нових значень керованих параметрів, зміна режиму роботи. Функція прямого peгулирования першого рівня ІАСУ реалізує мету і стратегію, визначену на другому рівні.

Другий рівень. Встановлює мету або завдання, що підлягають реалізації на першому рівні. У нормальному режимі метою може бути оптимальне управління на основі прийнятої математичної моделі. В аварійних ситуаціях можуть отримувати пріоритет модифіковані моделі для перерахунку порушених планів. Другий рівень визначає зупинки для керуючих пристроїв першого рівня, які реалізуються через заздалегідь певну послідовність дій

Третій рівень виконує функцію адаптації алгоритмів, що використовуються на першому і другому рівнях Адаптація може здійснюватися шляхом коригування значень відповідних параметрів алгоритмів (наприклад, в результаті аналізу поведінки об’єкта) або параметрів поточного контролю подій (наприклад, граничних умов зміни режимів функціонування); а також за допомогою визначення обмежень для задачі оптимізації другого рівня (викликаних, наприклад, зміною структури об’єкта внаслідок виведення з роботи частини обладнання).

Основна відмінність третього рівня – облік досвіду роботи протягом деякого періоду часу.

Четвертий рівень здійснює вибір структури алгоритмів, що відносяться до нижчестоящим рівням ієрархії. Ці рішення грунтуються на загальній інформації про цілі функціонування, пріоритети, внутрішніх і зовнішніх взаємозв’язках і т. д. Він задає третього рівня режим функціонування шляхом управління процесом вирішення задач.

Завдання третього і четвертого рівнів можуть вирішуватися виробничим і управлінським персоналом на основі якісних оцінок.

Вищі рівні мають пріоритет дії по відношенню до нижчестоящим. Інформаційний обмін між рівнями йде вгору по ієрархії через загальну Базу даних. Результати прийняття рішень та оцінки йдуть вниз або через базу даних, або через організуючу програму системи. База даних є засобом інформаційної інтеграції рівнів адаптації.

Декомпозиція загальної задачі управління

Значний обсяг інформації, яка повинна бути перероблена для прийняття рішень з управління складним виробництвом, і, отже, значний час, необхідний для вирішення, вимагають розчленування загальної задачі управління.

В процесі декомпозиції проводиться послідовна деталізація загальної задачі, як цього вимагає системний аналіз.

Результатом є багаторівнева ієрархічна структура прийняття рішень, в якій верхній рівень має пріоритет дії по відношенню до пов’язаного з ним нижнього рівня. Нижній рівень безпосередньо впливає на об’єкт управління на основі вирішення локальних завдань.

Координація локальних завдань здійснюється наступним чином: фіксуються значення вхідних і вихідних змінних, що пов’язують координовані завдання, і здійснюється прогнозування необхідних взаємодій; встановлюється “плата” за використання вищестоящими завданнями “ресурсів” або за відхилення вхідних і вихідних величин від заданих значень. Тим самим встановлюються умови для узгодження взаємодій і змінюються локальні цільові функції.

Після поділу загальної задачі управління кожна з локальних завдань може в свою чергу піддатися декомпозиції. Процес поділу загальної задачі закінчується, коли кожна з побудованих локальних задач прийняття рішень може бути вирішена за застосуванням наявних коштів за припустимий час.

Локальна завдання прийняття рішень може бути представлена ​​у вигляді наступних функціональних блоків: прийняття рішень; визначення стану об’єкта (обов’язковий у разі, коли надходить з об’єкта інформація дає відомості лише про зміни стану об’єкта); обчислення стану планового завдання (обов’язковий у випадках, коли періоди прийняття рішень у цій локальній завданню і вищестоящої різні); прогнозування стану об’єкта і планового завдання на початок періоду реалізації прийнятого рішення (обов’язковий у випадках, коли моменти прийняття рішення та його реалізація істотно різні).

Можливо виділення інших блоків. Однойменні функціональні блоки різних локальних завдань можуть бути в подальшому об’єднані. Результати декомпозиції оформляються у вигляді графа, вершинами якого є локальні завдання, а дугами – інформаційні зв’язки між ними. На дугах вказують умовні позначення масивів інформації, що пов’язують локальні завдання.

Наявність декількох рівнів розбиття завдань управління, зумовлюючи різні за ступенем укрупнення моделі, вимагає для їх узгодження відповідної інформаційної бази. Ця база повинна містити різну за ступенем укрупнення інформацію для різних виробничих ситуацій.

Уточнення поточних характеристик об’єктів здійснюється шляхом адаптації відповідних моделей. Процес адаптації вимагає певного часу, що залежить від динамічних характеристик об’єкта і тимчасових характеристик збурень.

В залежності від характеру виявлених збурень їх компенсація може здійснюватися у формі вироблення додаткових керуючих впливів без зміни загальної програми управління або у формі приватного або пітного видозміни цієї програми. Наприклад, пої аварійної зупинки агрегату і відсутності резерву може знадобитися повний перегляд програми керуючих впливів. Якщо ж обурення може бути компенсовано так, що задана мета досягається за рахунок деякого погіршення показників, що входять в критерій, то програма керуючих дій не змінюється. Лише у випадку, якщо “ціна” додаткового керуючого впливу виявиться значною, може знадобитися зміна показників функціонування об’єкта і перегляд програми. Коли модель верхнього рівня є агрегування моделей нижнього рівня і моделі цих рівнів працюють з різними масштабами часу, необхідно своєчасно виявляти намічені відхилення і виробляти додаткові керуючі впливи, спрямовані як на зміну технологічних режимів, так і, в особливих випадках, на зміну організації виробничого процесу.

Може виявитися, що керуючі впливи не можуть усунути відхилення ходу процесу від запланованого і розбіжність досягне гранично допустимого значення раніше, ніж закінчиться інтервал часу планування. В цьому випадку потрібне коригування плану-графіка, оскільки внутрішні ресурси управління вичерпані.

В цьому випадку повинна бути мінімально видозмінена залишилася невиконаною частина плану.

Таким чином, декомпозиція та узгодження рішень в ІАСУ вимагають узгодження локальних рішень ІАСУ, їх комплексування з урахуванням цілей інтеграції.

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*