Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.1. Управления в системах. Технология управления
1. Технология управления. Целевое, функциональное и линейное управление.
2. Принципы управления, системы управления.
3. Способы и задачи управления.
1. Технология управления. Целевое, функциональное и линейное управление
Рассмотрим технологию управления организационно-техническими системами (ОТС), ук которым можно отнести любого производства.
Ситуационный подход к управлению ОТС заключается в том, что основной характеристикой системы является то, какие ситуации может распознать система управления (СУ) и какие реакции вырабатывает для каждого класса ситуаций.
Управление это целенаправленный сбор всей возможной информации об объекте, которая служит для решения следующих задач:
– идентификация ситуации, в которой пребывает управляемая система – учет;
– принятие решений о соответствии текущего состояния ранее принятым плановым решениям – анализ;
– выработка оперативных изменений ранее принятых плановых решений – регулирование;
– оценка состояния системы в заданный момент времени – прогнозирование;
– уточнение модели объекта, используемой для выполнения функций регулирования, прогнозирования и планирования – нормирование;
– определение согласованных действий между взаимосвязанными элементами управляемой организационно-технической системы на период времени, называемый горизонтом планирования – планирование;
Перечисленные функции называются фазами управления и связаны по схеме, приведенной на рис. 3.1.
а б
Рис. 3.1. Фазы управления и связи между ними (а), адаптивное управление (б)
Функция в начале дуги обеспечивает функцию в конце дуги. Отношение функциональной зависимости обладает свойствами транзитивности.
Процесс управления может быть представлен совокупностью (кортежем):
⟨F, Q, S, M, P, U, R, K⟩,
где F –
формирование целей. Различают: цели стабилизации (x = a, a = const); цели ограничения (x ≤ b(Y)) и цели экстремальные (x ∈ extr);
Q –
определение объекта управления путем отделения его от среды;
S –
структурный синтез модели (структурная идентификация);
M –
идентификация параметров модели (параметрическая идентификация);
P –
планирование эксперимента для идентификации параметров модели;
U –
синтез управления;
R –
реализация управления;
K –
коррекция управления или модели.
Система управления с таким процессом управления называется адаптивной. Функциональная структура управления такой системой изображена на рис. 3.1 (б).
Главную цель принято разбивать на основные по сферам деятельности с образованием целевых подсистем:
– управление выполнением планов производства и поставок;
– управление качеством;
– регулирование затрат и управление ресурсами;
– управление развитием производства и совершенствованием управления;
– управление социальным развитием;
– управление охраной окружающей среды.
Выделение объекта управления организационно-технической системы (ОТС) заключается в классификации тех элементов системы, взаимосвязанное функционирование которых оказывает влияние на достижение поставленных целей Ωц и тех, от которых цели практически не зависит. Кроме того, необходимо выбрать объекты, допускающие управление (объекты управления) Ωу.
Синтез управления осуществляется в зависимости от класса модели и цели управления.
Управление непрерывными процессами осуществляется методами классической теории управления.
Управление дискретными процессами осуществляется методами математического программирования и формулируется в виде программной траектории и правил ее коррекции.
Алгоритм управления может быть реализован: схемно, программно, организационно. В первом случае создается специально устройство, во втором – программа, в третьем – инструкция.
Особенностью АСУ ОТС является преобладание программного управления над схемным и организационного управления над программным. Выбор их соотношения – одна из задач проектирования АСУ.
Когда изменяются цели и среда функционирования возникает необходимость в адаптации системы. В зависимости от масштабов изменений проводится перестройка структуры модели, повторная идентификация ее параметров.
В организационно-технических системах большинство моделей строится на основе экспериментальных методов. Качество АСУ ОТС во многом зависит от заложенных возможностей по перепрограммированию моделей. Для этого необходимо специальные языки программирования высокого уровня.
Процесс управления ОТС принято представлять в виде совокупности целевого, функционального и линейного управлений.
Целевое управление представляет собой организацию и координацию деятельности подсистем для достижения главной цели ОТС.
Функциональное управление – это управление функциональными подсистемами, которые представляют собой обособленные области управления деятельности, кооперации управленческого труда.
Линейное управление – управление сверху – вниз с учетом иерархической структуры. Каждое звено иерархической структуры реализует координацию подчиненных звеньев (и т.д.).
2. Принципы управления, системы управления
К основным принципам управления организационно-технической системы – ОТС, относят:
1. Комплексность – реализуется построением системы управления, охватывающей все области деятельности ОТС, все фазы управления, все уровни организационной структуры, все фазы жизненного цикла производимого ОТС полезного продукта, все этапы оборота производительных ресурсов, все периоды планирования;
2. Делимость – реализуется декомпозицией системы управления на:
– элементы:
– подсистемы,
– специальные функции управления,
– задачи управления,
– модули обеспечения отдельных операций;
3. Иерархичность – формирование многоуровневой функционально-линейной структуры в соответствии с делением на элементы и прикреплением полномочий принятия решений к соответствующему уровню управления;
4. Целенаправленность – формирование целевых подсистем системы управления в соответствии с основными областями и целями деятельности;
5. Замкнутость – реализуется осуществлением в системе управления в целом и в отдельных ее элементах полного цикла управления (прогнозирования, планирования, организаций, координация, регулирование, активизация, стимулирование, учет, контроль, анализ).
Управление – это совокупность действий, направленных на обеспечение протекания процесса с достижением требуемых результатов.
Управление можно определить как функцию системы, обеспечивающую либо сохранение ее основных свойств, либо ее развитие в направлении определенной цели. Следовательно, управление неразрывно связано с системой и без нее не существует.
Управление – это такое выходное воздействие или сигнал, в результате которого система ведет себя заданным образом. Обычно управление направлено на то, чтобы система находилась в стационарном режиме (равновесном или периодическом).
Управление имеет следующие функции:
– планирование;
– прогнозирование;
– оценка обстановки;
– контроль;
– учет;
– мониторинг;
– принятие решений.
Все функции управления направлены на формирование или реализацию решений. Управление всегда имеет определенную цель. Обычно она формулируется как ограничение на множество возможных состояний системы, или какой-либо показатель системы, который нужно поддерживать в заданных пределах, либо максимизировать (минимизировать). Если известна зависимость указанного показателя от входных воздействий на систему, или ее состояния, то он называется целевой функцией.
Часто цель не может быть достигнута сразу, а необходимо пройти несколько этапов, на каждом из которых имеется локальная цель, не совпадающая с главной целью. Эти локальные цели называются задачами управления. Пример: автобус идет по маршруту. Цель – конечный пункт. Задача – проехать по данной улице. Может оказаться, что направление движения по улице сильно отличается от направления на конечный пункт.
Для осуществления процесса управления нужно наличие трех элементов:
1) управляемый объект (объект управления);
2) орган управления;
3) исполнительный орган.
Орган управления – это система, на вход которой поступают сигналы о состоянии управляемого объекта и среды, а на выходе – сигнал о необходимом в данной ситуации управлении.
Исполнительный орган – это система, на вход которой поступает сигнал о необходимом управлении, а на выходе вырабатывается управляющее воздействие на управляемый объект.
Система управления объединяет объект управления, орган управления и исполнительный орган.
Системы управления бывают следующими:
– ручные, – без использования вычислительной техники;
– автоматизированные, используется вычислительная техника, которая принимает на себя основной поток информации, однако человек остается важнейшим звеном системы управления, функцией которого является принятие решений либо утверждение решений, выработанных ЭВМ;
– автоматические, человек не участвует в процессе управления и не входит в данную систему управления. Обычно он осуществляет контроль за правильностью функционирования объекта управления и вмешивается только при возникновении особых (например, аварийных) ситуаций. В автоматических системах управления человек является звеном другой системы управления, для которой управляемым объектом является данная автоматическая система управления с ее управляемым ею объектом.
Общая структура системы управления приведена на рис. 3.2.
Схема управления
Рис. 3.2. Общая структура системы управления:
УО – управляемый объект; ОУ – орган управления; ИО – исполнительный орган; ИЭ – источник энергии управляющих воздействий; х – управление (вход УО);
у – выход УО, характеризующий его состояние (результат управления);
u – управляющий сигнал; В – возмущения среды; Z – информация, поступающая в ОУ
Исполнительный орган изображен в виде вентиля, что отражает процесс, происходящий в нем: маломощное воздействие приводит в движение большой поток энергии, который идет в УО в качестве управляющего воздействия (выключатель, кран и т.п.), т.е. ОУ сам является исполнительным органом по отношению к ИО.
3. Способы управления. Задачи управления
Различают три способа управления, в зависимости от того, на основании какой информации орган управления формирует управляющий сигнал.
Управление по отклонению – используется сведения об изменениях выхода управляемого объекта (УО), его поведения. Этот способ
реализует замкнутая схема управления. Здесь имеется замкнутый контур у → u → x → y, поэтому такая схема управления называется замкнутой. Связь ОУ → УО называется прямой, УО → ОУ – обратной связью.
Замкнутая система управления позволяет быстро реагировать на нежелательные отклонения в поведении объекта, с целью устранить отклонения. Однако она не следит за причинами, вызвавшими отклонения. В результате объект может выйти из-под контроля, а управление только замедлит его нежелательное поведение. Пример: лечение рака аспирином. Замкнутая система поддерживает равновесие, она обеспечивает достижение цели управления, когда возмущающих воздействий много и не все они могут быть измерены, а также когда заранее не известно влияние возмущений на управляемые величины.
Разомкнутая система управления учитывает причины (возмущения среды), которые вызывают то или иное поведение объекта. Она позволяет лечить болезнь, а не симптомы. Однако результат управления проявляется медленно, может оказаться, что объект уже пришел в нужное состояние, однако продолжаются управляющие воздействия, которые выводят его из этого состояния.
Если система управления реагирует на каждое, даже случайное, отклонение, то может возникать «рысканье» системы, и соответственно ее неустойчивость.
Комбинированная система управления позволяет осуществлять учет длительно действующих, запаздывающих по своему действию причин (возмущения среды) и фактических результатов управления (поведения объекта). Вначале происходит грубая настройка объекта на условия его работы, затем точное регулирование в соответствии с фактическим поведением объекта.
Задачи управления
Имеются четыре основных задачи управления:
1) Стабилизация.
2) Программное управление.
3) Слежение.
4) Оптимальное управление.
Заключение. В данном параграфе описана технология управления организационно-техническими системами; проанализированы целевое, функциональное и линейное управление. Изучены принципы управления, рассмотрены система управления, схема управления, способы управления и задачи управления.
Контрольные вопросы
1. Технология управления организационно-техническими системами.
2. Целевое, функциональное и линейное управление.
3. Принципы управления.
4. Система управления.
5. Схема управления.
6. Способы управления.
7. Задачи управления.