О принципах конструирования сложной системы автоматизации управления технологическим процессом
В качестве аппарата для инженера-системотехника может служить любая математическая дисциплина, но наибольшее значение имеет теория вероятностей и математическая статистика.
Составными частями могут быть локальные системы автоматизированного управления и системы более высокого иерархического уровня, системы связи, системы отображения информации и пр.
Разбиение на подсистемы выполняется с учетом естественной структуры технологического процесса, удобства организации проектирования и других факторов. При этом следует стремиться обеспечить минимум связей между подсистемами.
Особое значение в системотехнике имеет системный подход, который проявляется в ряде принципов конструирования сложной автоматизированной системы управления.
Главным, фундаментальным принципом является принцип максимума эффективности, точнее, максимума ее математического ожидания. Критерием эффективности является отношение или разность показателей ценности результатов, полученных в процессе функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом, к показателю затрат на ее создание. Сложность задачи определения эффективности обусловливается, в частности, тем обстоятельством, что она вытекает из задач системы более высокого уровня и задается ими. Поэтому конструктор конкретной системы управления должен ориентироваться в проблеме более высокого ранга, чем рассматриваемая, правильно оценивать результаты выполняемой работы. На этапе формулирования критерия эффективности необходим тесный контакт с заказчиком.
При оценке эффективности можно использовать метод аналогии, метод экспертных оценок, метод прямых расчетов, метод математического моделирования и другие методы.
С помощью принципа эффективности можно сформулировать основной метод проектирования автоматизированных систем. Единая система управления разделяется на части по функциональному признаку, устанавливаются возможные варианты реализации этих частей, связей между ними и на заданном множестве вариантов выбирается структура автоматизированной системы управления технологическим процессом, отвечающая требованиям максимума математического ожидания эффективности.
Принцип согласования, субоптимизации частных, локальных критериев эффективности между собой и общим, глобальным критерием гласит, что для оптимального функционирования автоматизированной системы управления в целом не требуется оптимизация работы каждой из ее подсистем. Для достижения общей цели должны быть согласованы между собой критерии эффективности каждой подсистемы, причем эти частные критерии могут не совпадать с частными оптимумами. В связи с этим улучшение работы одной из подсистем, не согласованное в общесистемном плане, может привести к снижению эффективности системы управления в целом.
Из принципа оптимума автоматизации вытекает, что не все задачи, особенно для частных случаев, должны решаться автоматически. Уровень автоматизации необходимо обосновать исходя из критериев эффективности.
Принцип централизации информации заключается в том, что автоматизированная система управления технологическим процессом и система принятия решений эффективна только в том случае, когда информация собирается, хранится и обрабатывается на основе единых массивов, единого банка данных, который может быть и децентрализованным.
Принцип явлений с малой вероятностью утверждает, что основную задачу автоматизированной системы пересматривать нельзя, а основные характеристики системы управления не должны значительно изменяться для того, чтобы АСУ оказывалась пригодной также в ситуациях, имеющих малую вероятность наступления.
Исследование операций, научное направление в исследовании и проектировании систем автоматизированного управления, основано на математическом моделировании процессов и явлений. Различных определений науки об исследовании операций, так же как и системотехники, существует очень много. Более того, трудно провести четкое разделение между этими двумя науками. Полагают, что специалист по исследованию операций имеет склонность к оптимизации операций в существующих автоматизированных системах, в то время как специалист по системотехнике склонен к созданию новых систем.
Под операцией обычно понимают действие, осуществляемое некоторой организацией согласно определенным условиям и инструкциям, подразумевая под организацией систему управления, включающую в себя коллективы людей.
Часто операции являются малоэффективными из-за подмены целей в организации операций. Поэтому, как правило, работа исследователей операций начинается с анализа критерия эффективности операции. Классическим примером успешного применения исследования операций является решение вопроса о целесообразности установки зенитных орудий на торговых судах союзников во время второй мировой войны.
При исследовании операций широко используют системный подход и математическое моделирование автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Как показала практика, методы исследования операций наиболее пригодны для исследования и разработки организационных систем, однако их можно использовать и при проектировании систем управления техпроцессами на этапе постановки целей, определения показателей эффективности, составлении и исследовании математических моделей.
Пример использования исследования операций при проектировании АСУ ТП можно привести на автоматизации транспортировки комплектов железобетонных изделий домостроительного комбината со склада на объекты строительства специальным транспортом. Управление транспортом осуществляется в реальном времени с помощью автоматизированной системы диспетчерского управления. Задача состояла в том, чтобы найти оптимальное количество заказываемого транспорта и оптимальное размещение отцепных полуприцепов на складах и объектах строительства. В результате исследования транспортно-монтажный процесс был разбит на подсистемы: склад, транспорт, объект.
Критериями эффективности функционирования рассматриваемых подсистем служат простои кранов на складах, транспорта, монтажных бригад на объектах.
В качестве показателя эффективности автоматизированной системы управления и диспетчеризации были выбраны суммарные убытки комбината от указанных простоев.
Если не учитывать связи между подсистемами, то можно прийти к выводу, что с целью сокращения простоев транспорта нужно сократить его количество. Однако в этом случае увеличатся простои монтажных бригад на строительных объектах, т.е. лучшее решение для транспортной подсистемы не является лучшим для автоматизированной системы управления в целом.
В качестве математического аппарата при исследовании была выбрана теория массового обслуживания. В терминах этой теории была составлена математическая модель системы, которая в дальнейшем исследовалась на ПК с использованием метода статистического моделирования.
В результате исследования предложена методика определения количества заказываемых транспортных средств и размещения отцепных полуприцепов, при которой математическое ожидание суммарных убытков от простоев кранов, транспорта и монтажных бригад принимает минимальное значение.
