CC BY
63
Оперативность управления технологическими системами Efficiency of management of technological systems
Гришина Татьяна Геннадьевна, к.т.н., доцент кафедры «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», grishena@mail.ru
Аннотация: Рассматриваются условия, обеспечивающие заданную оперативность работы органа управления автоматизированными производственными системами. Сформулированы четыре возможных варианта управления. Показано, что продолжительность цикла управления зависит от принятого варианта организации управления.
Abstract: The conditions providing set efficiency of work of governing body as automated stanochny systems are considered. Four possible options of management are formulated. It is shown that duration of a cycle of management depends on the accepted option of the organization of management
Ключевые слова: оперативность управления, технологические системы, передача
информации, случайная величина, подсистема.
Keywords: efficiency of management, technological systems, information transfer, random variable, subsystem
Введение.
В настоящее время на предприятиях достаточно остро стоит задача повышения эффективности производства и качества выпускаемой продукции, а также обеспечения нового качества управляемости, в том числе за счет оперативности управления технологическими системами.
Используя полученные известные соотношения [1, 2], можно сформулировать условие, выполнение которого обеспечивает заданную оперативность работы органа управления автоматизированным производством при выработке решения в h-м цикле управления:
+ ^к.ц.гй + T3rh ^ Сдй , (1)
где ¿т - текущий момент реального времени, когда по результатам цикла контроля лица, принимающего решения, санкционирует работы по изменению ранее принятых решений; Тк.ц.^ - гарантированная продолжительность работ в цикле контроля, направленных на определение допустимого времени перестройки автоматизированного производства; t^ h - заданный момент времени, к которому должны быть выработаны управляющие воздействия в h-м цикле управления.
В формуле (1) использовано приближенное выражение, когда непосредственно суммируются гарантированные продолжительности выполнения отдельных этапов процесса управления.
При выполнении условий (1) управляющие воздействия (приказы) вырабатываются с заданной оперативностью. Невыполнение его означает, что нарушена заданная лицом, принимающим решения, организация функционирования органа управления автоматизированным производством. В этом случае в первую очередь, необходимо установить, в каком звене нарушен ритм работы: или в одном из звеньев органа управления, или на одном из этапов работы органа управления той или иной группой лиц, осуществляющих реализацию (при обосновании проектных или технологических
решений), или в звене вычислительной системы (вычислительного комплекса) [3,4].
С этой целью целесообразно вести постоянный контроль за временами реализации отдельных этапов обоснования и выработки решений в различных звеньях автоматизированного производства и проверять дополнительно выполнение условий вида
А^ф <& (2);
Лгф <Аt + kYa , (3)
где Аtф - фактическое время выполнения того или иного этапа обоснования
решения (процесса управления); Лt - математическое ожидание продолжительности соответствующего этапа; ^ - коэффициент гарантии; а - среднеквадратическое отклонение величины Лtф от ее математического ожидания.
Проверка выполнения условий (2) или (3) кроме установления факта запаздывания в том или ином звене может дать информацию и об опережении временного графика работы. В этом случае образуется резерв времени, который может быть использован для исследований дополнительных вариантов в отдельных контурах и тем самым повышения обоснованности принимаемых решений.
Условие (1) определяет требование к оперативности функционирования лишь подсистемы выработки решений в процессе управления. Чтобы сформулировать подобное условие для системы управления автоматизированным производством необходимо рассмотреть совместно функционирование еще двух других подсистем: связи и управляемого объекта. В качестве управляемых объектов могут выступать непосредственно участки, цехи или заводы, имеющие свои органы управления и вырабатывающие собственные решения, которые конкретизируют, уточняют, оптимизируют и реализуют решения вышестоящих звеньев системы. Условие, выполнение которого обеспечивает заданную оперативность работы системы управления автоматизированным производством в И-м цикле, имеет вид
tт + Тк.ц.гИ + Тп.у.гИ [[ [ Т3И (УI ^3И (У),
Т3И (уСТ3И (У), Тс 1И (Р.ад. с1 )’ Тс 2И (Р.ад. с2 )] < ^ад. И . (4)
Здесь Тп. У. г и - гарантированное время работы системы в И-м цикле управления, зависящее от оперативности управляющего и управляемого объектов, подсистемы связи, а также от варианта управления; ^1, ^2 - параметры, определяющие вариант управления; Т3И (У)= Т3И , о3И (У) = о3И - величины, характеризующие оперативность управляющего
объекта и вычисляемые по формулам:
математическое ожидание продолжительности цикла управления -
N (п, \
Т3 Е Е Тг, +АТЩ
+ ЛТ32 + АТ33 ;
«=1 V }=1 /
среднеквадратическое отклонение продолжительности цикла управления
N ( п( \
2 2 + СТ32 + СТ33
=Е ЕСТ2§ + ^
«=1 V }=1 )
Т3И(у), а3И(у) - соответственно математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение времени переработки на управляемом объекте параметров цели (целеполагания) в параметры решения (эти величины характеризуют оперативность управляемого объекта); Тс1И(Рзад. с1) - время, затрачиваемое подсистемой связи для передачи решения на управляемый объект с вероятностью Рс1 > Рзад с1; Тс2И(Рзад. с2) - время
передачи с управляемого на управляющий объект подтверждения о принятии решения или предлагаемых управляемым объектом решений для утверждения управляющим объектом с вероятностью Рс2 > Рзад с2 ; 4ад. И - заданный момент времени, к которому управляемые объекты должны быть готовы начать выполнение выработанных решений,
т е. ^ад И = tг +Аt , где At - допустимое время перестройки автоматизированного
производства, определяемое в цикле контроля по результатам анализа и прогнозирования хода производственных процессов.
Возможны следующие четыре варианта управления [5-7].
I вариант. Использование решений, выработанных органом управления.
Подтверждения о приеме решения управляемым объектом не требуется. Управляющие параметры принимают значения [ = 0 ; [2 = 0 .
II вариант. Использование решений, выработанных органом управления.
Требуется подтверждение о приеме решения управляемым объектом. Управляющие параметры принимают значения [ = 0 ; [2 = 1.
III вариант. Задание приказа в форме цели. Утверждения решений, выработанных управляемым объектом, не требуется. Управляющие параметры принимают значения
[1 =1; [ 2 = 0.
IV вариант. Задание приказа в форме цели. Требуется утверждение управляющим органом решений, выработанных управляемым объектом. Управляющие параметры принимают значения [ = 1; [2 = 1.
Для проверки условия (4) необходимо найти математическое ожидание Тп.у и среднеквадратическое отклонение ап.у общей продолжительности цикла управления 'п . у. В соответствии с описанной логикой функционирования системы при различных вариантах управления получаем следующее выражение, связывающее случайную величину 'п . у со случайными величинами продолжительности работы отдельных подсистем системы управления:
'п. с = Ч (У )+[/3 (У)+(1 -[2 X 1с + ^0 1д + [[с 2д , (5)
где <> (7)+[, (7 )= 'р - время выработки решений; (1 -[2 )'с 1с +[2'с 1д +[[2'с 2д = 'с
- время связи; 'с1с, 'с1д - время передачи решения (приказа) на управляемый объект в вариантах соответственно симплексной (односторонней) и дуплексной (двусторонней) связи; 'с2д - время передачи решений, выработанных управляемым объектом, при задании приказа в форме цели для утверждения управляющим объектом.
Величина 'с1с не является случайной. Она представляет собой суммарное время нескольких передач одного и того же сообщения, в котором содержится приказ управляемому объекту. Многократная передача сообщения в полном объеме -вынужденная мера, характерная для симплексной связи. К ней приходится прибегать, чтобы добиться заданного значения вероятности безошибочной передачи Рзад. с1. Если время одной передачи равно А'с1, а вероятность безошибочной передачи одного сообщения РС1, то
В отличие от 'с1с величины 'с1д и 'с2д для варианта дуплексной связи являются случайными, поскольку случайным является число передач. Это связано с тем, что здесь появляется возможность повышения достоверности передачи сообщений за счет использования обратной связи для контроля правильности передачи и повторения ее только в случае выявления ошибки. При такой организации система связи приобретает свойство адаптивности, поскольку число передач автоматически контролируется самой системой для достижения надежного прохождения и приема сообщений. Законы распределения величин 'с1д и 'с2д зависят от принятого метода контроля.
Рассмотрим один из сравнительно простых вариантов закона распределения, имеющий место при разбиении сообщения на L1 (¿2) блоков и поблочном контроле правильности передачи. Можно показать, что в этом случае плотность вероятностей величины 'с1д является отрицательным биномиальным распределением:
где и - случайное число передач; Рс^ - вероятность безошибочной передачи одного
(любого) из L1 блоков, на которые разбивается сообщение.
Аналогичные выражения имеют место для 'с2д. Из зависимости (6) получаем следующие выражения для математического ожидания Тс1д и среднеквадратического отклонения ас1д продолжительности связи:
Время передачи данных по каналам системы связи оказывает существенное влияние на оперативность управления. Выбором способа передачи (в частности, числа блоков L, на которые разбивается сообщение) это время может быть минимизировано.
Поскольку все случайные величины, входящие в выражение (5), являются независимыми, окончательно получаем:
Из рассмотрения полученных соотношений можно сделать следующие практические выводы [8].
Продолжительность цикла управления зависит от принятого варианта организации управления. Наибольшая продолжительность цикла управления соответствует варианту IV, когда управляющие воздействия задаются в форме цели. Это связано с тем, что на управляемом объекте параметры цели необходимо переработать в параметры решения, передать их на управляющий объект и получить его утверждение на исполнение решения. Длительность цикла управления при этом увеличивается, но управляемому объекту предоставляется определенная свобода действий при выборе путей достижения заданной ему цели. Это позволяет более полно учесть особенности конкретно сложившейся обстановки, всей информацией о которой управляющий объект, как правило, не располагает, осуществить творческий поиск оптимальных путей решения поставленной задачи в рамках ограничений, определенных множеством параметров целеполагания.
Вариант IV управления в наибольшей степени позволяет учитывать реальные возможности исполнителей. Он реализует также этап управления, который именуется согласованием планов. По заданной старшим в иерархическом отношении органом цели младшие (подчиненные) органы готовят свои предложения. Старшие органы их рассматривают, корректируют, если необходимо, и утверждают как новый план действий. Этот процесс может быть итерационным.
Для поддержания заданной оперативности управления автоматизированным производством кроме суммарного значения продолжительности цикла управления Тп. у.г необходимо располагать статистическими данными по его основным компонентам. Если условие (4) выполняется, то для характеристики оперативности управления руководителю достаточно одной величины - суммарной продолжительности цикла управления. Если же условие (4) не выполняется, то необходимо оценить параметры подчиненных иерархических уровней, которые подробнее характеризуют состояние процесса управления. В рассматриваемом случае это - параметры, определяющие качество работы самого управляющего объекта, подсистемы связи и управляемых объектов. Рассмотрение
*сід = и Чі/ А;
(6)
Тп.у = Т3(У)+^1Тз(уЫ1 -ЩКЖі +щ2АіСі/рСІі +^2л^с2/рсі2;
этих величин позволяет выявить, какая из подсистем нарушает заданный руководителем ритм работы, и принять меры для перестройки ее работы.
Заключение.
В практике работы органов управления автоматизированным производством разработанные методы оценки оперативности могут быть использованы в следующих двух направлениях.
1. Для текущего контроля хода процесса обоснования и выработки решений в различных циклах путем сопоставления заданных (прогнозируемых) и реальных затрат времени на их выполнение. По результатам контроля могут уточняться планы работ отдельных лиц, осуществляющих реализацию, групп лиц, осуществляющих реализацию, и лиц, принимающих решения.
2. Для целесообразного распределения временных ресурсов между лицами, принимающими решения, группами лиц, осуществляющих реализацию, и отдельными лицами, осуществляющими реализацию, в целях достижения максимально возможной обоснованности вырабатываемых решений.
Для реализации первого направления методы определения оперативности должны быть оформлены в виде отдельных модулей СМОУ автоматизированным производством. Для второго направления характерно непосредственное включение формульных зависимостей, по которым оценивается продолжительность того или иного цикла, в формулировки соответствующих оптимизационных задач.
Библиографический список:
1. Гришина Т.Г. Факторы, влияющие на оперативность управления технологическими системами // Вестник МГТУ «Станкин». 2011. № 3 (15). С.167-170.
2. Феофанов А.Н., Митрофанов В.Г., Капитанов А.В. Выбор типа модели производственных систем // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2011. № 4. С. 96-98.
3. Митрофанов В.Г., Капитанов А.В., Семилеткин В.Ю. Выбор компонент
программно-технической платформы информационно-аналитической
системы//Межотраслевая информационная служба. 2010. № 4. С. 38-46.
4. Капитанов А.В., Семилеткин В.Ю., Феофанов А.Н. Программно-техническая платформа информационно-аналитической системы // Технология машиностроения. 2011. № 7. С. 67-69.
5. Митрофанов В.Г., Попов А.П. Моделирование задачи проектирования комплекса технических средств АСУ // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2009. № 2 (24). С. 172-176.
6. Митрофанов В.Г. Интегрированные производственные системы // Вестник МГТУ Станкин. 2008. Т. 1. № 1. С. 65-67.
7. Григорьев С.Н. Научно-технические проблемы построения современных технологических систем с числовым программным управлением//Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 4. С. 19-26.
8. Гришина Т.Г. Вероятностное обоснование и принятие решений при управлении автоматизированным производством // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. №1. С. 48-52.
