Управление процессами. Автоматизированные системы управления

Сергей Иванович Самыгнк Людмила Дмитриевна Столяренко

ПСИХОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ Учебное пособие

Редактор Н. Диденко

Художник Т. Неклюдова

Корректоры: Н. Никанорова, Г. Бибикова

Лицензия ЛР № 062308 от 24 февраля 1993.

Сдано в набор 12.02.97. Подписано в печать 31.03. 97.

Формат 84x108/32. Бум. газетная. Гарнитура Тайме.

Усл. п. л. 26,88 Тираж 5 000 экз.

Зак. № 87.

Издательство «Феникс» 344007, г. Ростов-на-Дону, пер. Соборный, 17

Отпечатано с готовых диапозитивов в АО «Книга» 344019, г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57

Слово «управление» в современном мире употребляется столь же часто, как и слово «информация». Однако, чтобы детально разобраться в сущности данного понятия, требуют­ся определенные усилия.

Пример. Автомобиль привезет пассажиров в нужное место, если водитель будет правильно им управлять. Компьютер поможет решить вам практически любую учебную задачу, если уметь управлять им. При эффективном управлении коллектив школы может добиться хороших показателей.

Грамотное управление страной, как правило, приводит к миру и повышению благосостояния ее жителей.

Во всех этих примерах можно выделить:

• объект управления (автомобиль, компьютер, коллектив школы, население страны);
• управляющую систему (водитель, пользователь компью­тера, администрация школы, правительство), которая ча­сто носит название «субъект управления»;
• цель управления (добраться до нужного места, получить ответ задачи, повысить успеваемость, повысить благосос­тояние населения);
• управляющие воздействия (поворот руля и нажатие педа­лей, последовательность команд, поощрения и наказа­ния, приказы изаконы);
• реакцию объекта управления на управляющее воздействие (перемещение автомобиля, сообщения о выполнении команд компьютером, рост количества хороших оценок, увеличение статистических показателей благосостояния).

Кибернетика— наука об общих принципах и закономер­ностях управления в живых и неживых системах, в искусст­венных системах и обществе.

Кибернетика — наука об управлении, связи и переработ­ке информации.

Основное положение кибернетики: общие принципы и за­кономерности управления справедливы для систем различ­ной природы.

Под управлениемпонимают совокупность действий, осу­ществляемых человеком, группой людей или автоматиче­ским устройством, направленных на поддержание или улуч­шение работы управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой (алгоритмом функционирования) или целью управления.

Управление— воздействие управляющей системы на объект управления с целью сведения к минимуму различий между значениями параметров, достигаемыми при реальной деятельности объекта, и значениями параметров, определяе­мыми целью его деятельности.

Управление по своей сути есть совокупность информаци­онных процессов. Осуществление процесса управления со­пряжено с передачей, накоплением, хранением и переработ­кой информации, характеризующей управляемый объект, ход процесса, внешние условия, программу деятельности и пр. Управление невозможно без того, чтобы объект управле­ния и управляющая система обменивались между собой ин­формацией.

Так как основой управления являются информационные процессы, то определение количества и состава информа­ции, необходимой для выработки управляющих воздейст­вий, скорости ее поступления, средств передачи информа­ции, средств достижения быстроты и надежности информа­ционных сигналов имеет важное значение.

Компонентысистемы управления:

· объект управления;

• управляющая система — субъект управления;
• цель управления;
• информация о состоянии объекта управления;
• каналы прямой и обратной связи;
• внешняя среда, в которой находится и с которой взаимо­действует система управления.

Как правило, управляющая система и объект управления соединены каналами прямой и обратной связи. В этом слу­чае систему управления называют замкнутойили системой с обратной связью.

Назначение прямой связи— передача управляющих воз­действий от управляющей системы к объекту управления.

Назначение обратной связи— передача информации о состоянии объекта управления и значениях параметров его функционирования управляющей системе.

Основные функцииобратной связи:

• контроль степени достижения цели управления;
• регулирование управляющих воздействий.

В случае, когда нарушается нормальное функционирова­ние канала прямой или обратной связи, система управления становится разомкнутой.

Разомкнутая система оказывается неспособной к эффек­тивному управлению, и в этом случае вряд ли можно ожи­дать достижения заданной цели деятельности.

Принцип замкнутой системы управления, или принцип управления с обратной связью,лежит в основе действия бо­льшинства современных систем автоматического управле­ния, в том числе компьютера.

Управление осуществляется на основе информационных моделей, к числу которых, в частности, относятся:

• цели управления (которые чаще всего представляются как модели желаемого идеального состояния объекта);
• модели текущего состояния объекта управления, строя­щиеся на основе информации, передаваемой по каналам обратной связи;
• модели возможных реакций объекта на управляющее воздействие;
• критерии эффективности решений, принимаемых субъек­том управления, и модели способов оценки эффективно­сти управляющих воздействий;
• модели функционирования каналов прямой и обратной связи и другие.

Эффективность управления во многом зависит от адек­ватности используемых моделей действительности (реально­му состоянию дел).

Системообразующим элементом процесса управления яв­ляются управляющие воздействия как результат принятия управленческих решений.

Управляющее воздействие может быть:

• материальным (вещественным или энергетическим);
• информационным.

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 управлениячело­век 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.

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

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, необходимой для выработки управляющих воздействий, осуще­ствляется автоматически, при помощи соответствующей аппаратуры и компьютеров, а решение, необходимое в воз­никшей ситуации, принимает человек.

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.

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.

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 впа­мяти 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 впервую очередь относятся оптимизационные методы, статистическая обработка инфор­мации, математическое моделирование и др.

АСУ различают по выполняемым функциям и результа­там деятельности.

По функциямАСУ подразделяются на:

· административно-организационные

o системы управления предприятием (АСУП)

o отраслевые системы управления (ОАСУ)

· системы управления технологическими процессами (АСУТП)

o гибкие производственные системы (ГПС)

o системы подготовки производства (АСУПП)

o системы контроля качества продукции (АСК)

o системы управления станками с числовым програм­мным обеспечением (ЧПУ)

· интегрированные системы, объединяющие перечислен­ные виды АСУ в различных комбинациях (например,АСУП-ГПС и так далее).

Числовое программное управление (ЧПУ) означает компьютеризованную систему управления, считывающую инструкции специализированного языка программирования (например, G-код) и управляющую приводами металло-, дерево- и пластмассообрабатывающих станков и станочной оснасткой. Станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ.Помимо металлорежущих (например, фрезерные или токарные), существует оборудование для резки листовых заготовок, для обработки давлением. Система ЧПУ производит перевод программ из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (включить/выключить охлаждение, например). Для определения необходимой траектории движения рабочего органа (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой рассчитывается траектория обработки деталей.

Токарный станок с системой управления ЧПУ

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) – программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от экспериментальных установок и измерительных приборов.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) реализуют принципы геометрического моделирования и компьютерной графики, служат для подготовки чертежей (так называемые CAD-системы); более специализированные САМ-системы сосредоточены на технологии изготовления изделий конкретного назначения. Наиболее совершенные САПР являются интегрированными CAD/CAM-системами.

САПР является неотъемлемым атрибутом крупных конструкторских бюро и проектных организаций, работающих в различных предметных областях.

Геоинформационные системы (ГИС) – это автоматизированная система, имеющая большое количество графических и тематических баз данных, соединенная с модельными и расчетными функциями для манипулирования ими и преобразования их в пространственную картографическую информацию для принятия на ее основе решений и осуществления контроля. Базы данных являются обязательными компонентами ГИС, в которых хранятся любые данные (графическая основа, объекты на карте и дополнительные сведения), связанные с определенной картой.

Современные ГИС сочетают в себе черты АСУ, информационно-справочных систем, картографических информационных систем, баз данных, САПР, АСНИ, систем документационного обеспечения.

Пример: муниципальная ГИС большого города.

Из всех типов автоматизированных систем АСУП наибо­лее сложная как по структуре, так и по выполняемым функ­циям. В настоящее время 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:

o материальных — движение сырья, материалов, инстру­ментов, готовой продукции;

o денежных — взаиморасчеты между подразделениями, расчеты с поставщиками и клиентами;

o информационных — доведение распоряжений до конк­ретных исполнителей, контроль за своевременностью обновления данных в системе и их непротиворечиво­стью;

o 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.

Схема организационно-административного управления в условиях АСУ

Одной из главных задач системы автоматизации управле­ния предприятием является эффективный 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 компонент АСУ. Современное программное обеспечение АСУП бывает уни­версальным, которое можно использовать на крупных пред­приятиях для любого типа производственного процесса, либо типовымдля средних и малых предприятий данной отрасли производства.

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

нормативную, техническую, конструкторскую, технологическую, учетную документацию и схемы ее движения, различные классификаторы, кодификаторы и другие информационные массивы.

Информационная база АСУ— это система показателей, описывающих объекты управления: характеристики и свойства 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 комплексом специализированных устройств, соответствующим про­граммным обеспечением, которые позволяют автоматизиро­вать часть выполняемых специалистом производственных операций.

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

АРМ конструктора 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.

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.

Дата добавления: 2015-04-29