О научных направлениях исследования и проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами

Развитие общей теории автоматизированных систем связано с разработкой совокупности методологических, научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы. Считается, что общая теория систем должна представлять собой область научных знаний, позволяющую изучать поведение систем любой сложности и любого назначения.

С теоретической точки зрения реальные автоматизированные системы неисчерпаемы в своих свойствах, и для познания действительности необходимы различные уровни абстрагирования. В данной теории используются следующие уровни:

• символический  или лингвистический;
• теоретико-множественный;
• абстрактно-алгебраический;
• топологический; логико-математический;
• теоретико-информационный;
• динамический;
• эвристический.

Формулировка термина автоматизированная система зависит от принятого уровня абстрагирования и не является единственной.

Рассмотрение задач на каком либо одном уровне абстрагирования позволяет дать ответы на определенную группу вопросов, а для получения ответов на другие вопросы необходимо провести исследование автоматизированных систем управления уже на другом уровне абстракции.

В настоящее время общая теория систем управления еще далека от завершения. Однако ее полезность подтверждается практическими применениями, в частности, на ее основе развивается теория многоуровневых иерархических систем, к которым относится большинство современных автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Системотехника представляет собой направление в кибернетике, изучающее вопросы планирования, проектирования и поведения сложных информационных систем управления. Это определение системотехники не является строгим. В настоящее время существует множество определений этой науки, что свидетельствует о ее развивающемся характере.

Нет единого определения понятия сложной автоматизированной системы управления. Можно сформулировать следующие семь признаков, которые ограничивают класс систем, рассматриваемых в системотехнике:

• автоматизированная система управления создается человеком из различного оборудования и сырья;
• автоматизированная система управления обладает цельностью, все ее части служат достижению единой цели;
• автоматизированная система управления является большой как с точки зрения разнообразия составляющих ее элементов, так и с точки зрения числа одинаковых частей, возможно, числа выполняемых функций и стоимости;
• автоматизированная система управления является сложной, т.е. изменение какой-либо переменной влечет за собой изменение многих других переменных, причем математическая модель системы должна быть достаточно сложной;
• автоматизированная система управления является полуавтоматической, т.е. часть функций системы всегда выполняется автоматами, а часть – человеком;
• большинство автоматизированных систем управления, и в первую очередь наиболее сложные системы, содержат элементы конкурентной ситуации.

Большинство автоматизированных систем управления технологическими процессами удовлетворяет указанным признакам, поэтому методология системотехники используется при их проектировании.

Процесс проектирования можно подразделить на ряд направлений. В частности, возможны следующие деления:

• фазы во времени конструирования автоматизированной системы управления технологическим процессом;
• логические этапы конструирования автоматизированной системы управления технологическим процессом;
• математический и научный аппарат конструирования автоматизированной системы управления технологическим процессом;
• функциональные части автоматизированной системы управления технологическим процессом;
• подсистемы общей автоматизированной системы управления технологическим процессом.

Первое направление предполагает, что конструирование системы проходит в хронологическом порядке ряд определенных фаз. Например, начало работы, организация рабочей группы, предварительное конструирование, основное конструирование, создание макета экспериментальной проверки, обкатка и оценка испытаний. Следует отметить, что фазы работ в значительной степени зависят от проектируемой системы и не являются одинаковыми для всех систем.

Этапы конструирования автоматизированной системы управления технологическим процессом – это логические этапы. Они не обязательно должны выполняться в заданном порядке. Например, прикладные программы для управляющей вычислительной машины можно разрабатывать одновременно с изготовлением опытного образца системы управления.

Важная группа этапов, позволяющая успешно разделять проблему на части для анализа, основана на предположении, что любое событие на одном каком-нибудь входе и реакцию автоматизированной системы управления технологическим процессом на это событие можно изучать изолированно от того случая, когда подобные события имеют место на двух или более входах одновременно. Из сказанного следует, что этапами изучения могут быть разработка в предположении единичных воздействий, разработка в предположении многократных воздействий, совершающихся в известном порядке, и разработка с учетом конкретной ситуации.

Другая важная группа этапов связана с моделированием и заменой моделью реально работающей автоматизированной системы управления технологическим процессом. Ввиду универсальности широко используется статистическое моделирование. Высокая степень, до которой доводится процесс разработки на основе анализа и моделирования, является одной из отличительных черт системотехники.