Об использовании системного анализа при внедрении автоматизированных систем управления технологическими процессами
Направление системного анализа применяется при исследовании трудно наблюдаемых и трудно понимаемых свойств и отношений в объектах, заключающейся в представлении этих объектов в качестве целенаправленных систем и изучения свойств этих систем и взаимоотношений между целями и средствами их реализации.
Существует множество определений системного анализа, как и исследования операций и системотехники. В нем нет еще установившихся понятий, общепринятой терминологии и единства мнений специалистов по многим принципиальным вопросам. Системный анализ успешно используют при решении таких проблем, как оценка конкретных проектов сложных автоматизированных систем управления технологическими процессами, промышленных систем, планов капитальных вложений, народнохозяйственного планирования.
Исследование в системном анализе разбивается на несколько этапов. Рассмотрим основные этапы системного анализа, используемые при проектировании организационных АСУ и технологических автоматизированных систем управления технологическими процессами.
На первом этапе дается постановка задачи, которая состоит из объекта исследования, постановка целей, а также задания критериев для улучшения автоматизируемого объекта и управления им. Этот этап плохо формализуется, поэтому успех определяется прежде всего искусством и опытом исследователя, глубиной его понимания поставленной проблемы. Этот этап важен, поскольку неправильная или неполная постановка целей может свести на нет результаты последующего анализа автоматизированной системы управления.
На втором этапе очерчиваются границы изучаемой системы управления и ведется ее первичная структуризация. Совокупность объектов и технологических процессов, имеющих отношение к поставленной цели, разбивается на два класса: изучаемую автоматизированную систему и внешнюю среду. Такое разделение происходит в результате последовательного перебора и включения в систему объектов и технологических процессов, оказывающих заметное влияние на процесс достижения поставленных целей.
Окончание перебора может произойти прежде всего потому, что будут исчерпаны все существенные факторы. Автоматизированную систему управления в этом случае можно рассматривать как замкнутую, т.е. с известной степенью приближения, не зависящей от внешней среды.
Другая возможность ограничения системы от внешней среды основывается на том, что в ряде случаев при изучении системы управления можно ограничиться лишь влиянием внешней среды на систему и пренебречь, с точки зрения поставленных целей, влиянием системы на среду. При этом получаем открытую систему, поведение которой зависит от входных сигналов, поступающих из внешней среды.
Завершение процесса первичной структуризации состоит в том, что выделяются отдельные составные части – элементы изучаемой автоматизированной системы управления технологическим процессом, а возможные внешние воздействия представляются в виде совокупности элементарных воздействий.
Третий важный этап заключается в составлении математической модели изучаемой системы управления. Первым шагом в этом направлении является параметризация, т.е. описание выделенных элементов управления системы автоматизации и элементарных воздействий на нее с помощью тех или иных параметров. Особую роль играют параметры, принимающие конечные множества значений. Эти параметры позволяют описать технологические процессы и объекты, которые не могут быть охарактеризованы с помощью обычных числовых параметров, а различаются лишь косвенно.
Параметризация изучаемой автоматизированной системы представляет собой лишь первый шаг в построении ее математической модели. Второй важный шаг заключается в установлении различного рода зависимостей между введенными параметрами. Характер этих зависимостей может быть любым: для количественных, числовых параметров зависимости обычно задают в виде систем уравнений, обыкновенных алгебраических или дифференциальных; для качественных параметров используют табличные способы задания зависимостей, основанные на перечислении всех возможных комбинаций значений параметров.
Наряду с вполне определенными функциональными зависимостями, задаваемыми однозначными функциями, в системном анализе используются различного рода вероятностные соотношения.
Зависимости между элементами автоматизированной системы управления технологическими процессами обычно являются весьма сложными и разнообразными. Описание всех этих зависимостей также весьма сложно и громоздко. Поэтому при построении математической модели обычно стремятся, по возможности, сократить это описание. Одним из наиболее употребительных приемов является разбиение изучаемой системы на подсистемы, выделение типовых подсистем, установление иерархии подсистем и стандартизации связей подсистем на одних уровнях с однотипными автоматизированными системами на других уровнях.
Выделение подсистем и установление их иерархии, помимо упрощения описания, преследует и другую цель: в процессе исследования уточняется первоначальная структура и параметра системы автоматизированного управления, а также окончательно определяются цели и критерии. В результате этого третьего этапа возникает законченная математическая модель системы управления технологическим процессом на формальном математическом языке.
Задачей следующих этапов является исследование построенной модели. В отличие от классического случая для сложных автоматизированных систем, как правило, не удается найти аналитического решения, позволяющего описать поведение системы управления в общем виде. Потому обычно при исследовании пользуются прямым имитационным моделированием изучаемой системы автоматизации на ПК.
В большинстве случаев применяют метод проб и ошибок, который в отличие от классического случая, при системном анализе является не только основным, но, как правило, и единственно возможным, поскольку известные аналитические приемы: вариационные методы, принцип максимума и др., для сложных систем, как правило, непригодны.
Таким образом, системный анализ представляет собой методологию исследования весьма сложных и неопределенных проблем, которая может быть использована при проектировании весьма сложных автоматизированных систем управления технологическими процессами.
