ТОАУ_2012. 1. Этапы развития систем управления

• Название: 1. Этапы развития систем управления
• Дата: 20.01.2022
• Размер: 0.56 Mb.
• Имя файла: ТОАУ_2012.doc
• Тип: Документы; #337073
• страница: 1 из 7

Теоретические основы автоматизированного управления

1. Этапы развития систем управления

Управление - это целенаправленное воздействие на параметры технологического процесса с целью обеспечения заданного качества конечного продукта.

Как и везде существуют этапы эволюции. В нашем случае – эволюция технологии управления и обработки данных.

Исходным на начальном этапе явилось ручное управление объектами, при котором обратная связь по результатам управления воспринималась органами чувств человека и задача заключалась в уменьшении мускульных усилий, прикладываемых к рычагам управления исполнительного органа. (Рис.1).



Рис. 1 Ручное управление

Управляющим элементом является человек (Ч), который воздействует вручную либо через механизмы на исполнительный орган (ИО), связанный с объектом управления. Технология управления базируется на имеющемся опыте (концептуальной модели) у человека, который получает информацию I от объекта управления и сам преобразует эту информацию в управляющее воздействие u. Качество управления зависит от опыта человека, и если объект управления (технологический процесс) является обозримым и темп управления соответствует физиологическим возможностям человека, то может быть обеспечено качественное управление.



Рис. 2. Двухконтурное управление

В этом варианте человек непосредственно работает со средствами вычислительной техники (первоначально механическими, затем электромеханическими и далее с ЭВМ). Информация I снимаемая с объекта управления (ОУ), преобразуется во входную информацию I_вх которая передается на средства вычислительной техники для обработки. Формируемая при этом выходная информация I_вых пополняет концептуальную модель, которую имеет человек о процессе управления, и он вручную выдает управляющее воздействие u на исполнительный орган (ИО).

Возникло два контура: контур управления и контур обработки информации, которые взаимодействовали через человека.

Для технологического уровня характерным оказалось внедрение автоматизированного управления путем включения технических средств (ЭВМ) непосредственно в контур управления (Рис.3.)



Рис. 3. Автоматизированное управление

Человек (Ч), как и ранее, является источником концептуальной модели управления. Эта модель в виде входной информации I_вх формируется в программу (П), которая задается ЭВМ. На основе программы и осведомительной информации I, поступающей с объекта управления (ОУ) через датчик (Д) и преобразователь (ПР₁), ЭВМ вырабатывает управляющую I_у и выходную I_вых информацию, пополняющую концептуальную модель. Управляющая информация через преобразователь ПР₂ выдается в виде воздействий u, которые через исполнительный орган (ИО) задают состояние объекта управления. Под ЭВМ подразумевается управляющая вычислительная машина или другое устройство управления. Процесс управления реализуется по программе, корректируемой человеком. При наличии математической модели, адекватно описывающей технологический процесс, человек может быть исключен из данной схемы и управление приобретает автоматический характер.

2. Поколения автоматизированных систем управления.

Можно выделить четыре поколения автоматизированных систем, которые соответствуют этапам эволюции информационной технологии. Основное влияние на переход от одного поколения автоматизированных систем управления к другому оказало развитие средств вычислительной техники.

Первое поколение АСУ базировалось на ЭВМ с ограниченным набором периферии, когда лицо, принимающее решение (ЛПР), обладало средствами обработки информации в пакетном режиме. Этому соответствовала операционная система с прикладными программами, ориентированными на потребности пользователя. Процесс программирования осуществлялся зачастую в стандартных машинных кодах, определенное применение получают алгоритмические языки. Обработка данных возникает как необходимость решения планово-экономических задач на базе традиционных методов и известных вычислительных процедур. Поэтому первые АСУ носили, в основном, организационно-экономический характер и копировали ручное управление. Управляющее воздействие оказывал сам человек, но при этом решались рутинные информационные задачи. Зачастую АСУ дублировала проводимые вручную арифметические расчеты. Однако первое поколение АСУ подтвердило необходимость расширения направлений внедрения автоматизированного управления и спектра решаемых задач.

АСУ второго поколения уже охватывали наряду с управлением предприятием и технологические процессы. Получили развитие САПР и АСНИ. От позадачного подхода перешли к решению комплексов задач, что заставило задуматься о необходимости создания информационной базы в технологических системах обработки информации. Постепенно задачи приобретают оптимизационный характер, что позволяет поднять эффективность использования АСУ. Наличие оптимизации позволяет использовать результаты решения задач в реальном времени. Возникает диалоговый режим общения пользователя с ЭВМ. В качестве технических средств начинают использоваться многомашинные вычислительные комплексы второго поколения, многофункциональные терминальные устройства. В качестве программных средств выступает диалоговая операционная система, появляются системы управления базами данных, функциональные пакеты прикладных программ. С расширением областей внедрения АСУ получают использование наряду с вычислительными комплексами мини- и микроЭВМ, связанные с объектом управления. Автоматизированные системы приобретают интегрированный характер. Совершенствуется технология программирования с переходом на использование библиотек типовых проектных решений, пакетов прикладных программ, отдельных модульных конструкций. Опыт эксплуатации второго поколения АСУ показал целесообразность интегрального охвата производства автоматизированным управлением от научного исследования до выпуска серийной продукции.

Появляются АСУ третьего поколения, которые представляют из себя автоматизированные системы с интеграцией по вертикали, т. е. по уровням автоматизации (от автоматизации технологического процесса до отрасли промышленности) и по горизонтали (от конструирования изделия до реализации готовой продукции). Наряду с методами оптимизации при решении задач получают использованное имитационное моделирование, экспертные системы. Пользователи с терминалов получают возможность работать во многих режимах, обеспечивая оперативное управление производством. Программные средства создаются на базе диалоговых интеллектуальных систем. С внедрением персональных ЭВМ наблюдается переход к технологии распределенной обработки информации.

Четвертое поколение АСУ. Это гибкие адаптивные интегрированные системы, включающие в себя элементы искусственного интеллекта. Интеллектуализация АСУ — это следующий уровень повышения эффективности их применения, перехода к безбумажной технологии и безлюдному управлению. В АСУ должны найти применение элементы самообучения и самонастройки на широкий класс объектов управления. В качестве технических средств найдут применение суперЭВМ четвертого поколения, объединенные сетью с мили-, микро- и персональными ЭВМ. Получают дальнейшее развитие языки высокого уровня и средства интеллектуализации доступа пользователя к вычислительной среде. Каждое поколение АСУ характеризуется индивидуальными особенностями моделей, методов и средств реализации обработки данных, однако основополагающее влияние на совершенствование системы оказывали и оказывают технические средства вычислительной техники.

В рамках общей теории проектирования автоматизированных систем управления существует два подхода: подсистемный и процедурный.

Подсистемный подход можно рассматривать на примере автомати­зированного управления производством, где разрабатываются АСУ различных отделов (бухгалтерия, отдел кадров и т.д.).

В процедурном подходе исследуются следующие компоненты:

- всевозможные стандарты,

- упорядочение решения задач,

- «плоская» структура управления,

- схематика и

- компьютерная поддержка представления.

Анализ структуры АСУ можно проводить на базе следующих моделей:

- информационно-логической,

- функциональной и

- модели на основе бизнес-процессов.

Информационно-логическая модель АСУ базируется на анализе предметной области и использует два подхода: функционально-мо­дульный (структурный) и объектно-ориентированный.

Функциональная модель исходит из анализа функциональных возможностей и использует три аспекта рассмотрения:

-функциональный,

-информационный,

-организационный.

Модель на основе бизнес-процессов направлена на комплексный анализ деятельности объекта автоматизированного управления.