Лекции по автоматизации и управлению

Подождите немного. Документ загружается.

Вопрос №1. "Понятие системы. Примеры системы.

Свойства сложных систем".

Определение категории система.

 Система – целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой

природы.

 Система – это объект, который определяется множествами элементов,

преобразований, правил образования последовательностей элементов.

 Система – это объект, состоящий из элементов, свойства которых не

сводятся к свойству самого объекта.

 Система – это объект, обладающий следующими свойствами:

 целостность и декомпозируемость (чёткое определение

целостности образования элементов и их чёткое разделение);

 наличие существенно устойчивых взаимоотношений элементов;

 наличие определённой организации;

 наличие таких качеств, которые присущи только системе в целом,

но несвойственны ни одному из её элементов.

Под сложной динамической системой следует понимать развивающиеся

во времени и в пространстве целостные объекты, состоящие из большого числа

элементов и связей и обладающие свойствами, которые отсутствуют у

элементов и связей, их образующих.

Выделение и построение любой системы осуществляется этапами:

1. Постановка цели

2. Декомпозиция цели на подцели

3. Определение функций, обеспечивающих достижение цели

4. Синтез структуры, обеспечивающий выполнение функций.

Цели возникают, когда существует так называемая проблемная ситуация.

Проблемная ситуация – ситуация, которую нельзя разрешить имеющимися

средствами.

Цель – состояние, к которому направлена тенденция движения объекта.

Среда – совокупность всех систем, кроме той, которая реализует заданную цель.

Ни одна система не является абсолютно замкнутой. Взаимодействие системы со

средой реализуется через внешние связи.

Связи могут быть входными и выходными. Они подразделяются на :

 информационные

 ресурсные

Системы бывают:

 социальные простые

 биологические сложные

 механические вероятностные

 химические детерминированные

 экологические стохастические

Структура системы представляет собой устойчивую упорядоченность

элементов системы и их связей в пространстве и во времени. Структура может

быть материальной и формальной.

Формальная структура – совокупность функциональных элементов и их

отношений, необходимых и достаточных для достижения системой заданных

целей.

Материальная структура – реальное наполнение формальной структуры.

Типы структур систем :

 последовательный или цепочечный;

 циклически замкнутая;

 структура типа «колесо»;

 «звезда»;

 многосвязная структура;

 матричная структура.

Вопрос №2. "Системный анализ. Определение и этапы".

Системный анализ может рассматриваться как методологическая

концепция построения сложных систем. Под системным анализом будем

понимать реализацию следующих этапов исследования сложной системы:

1. Построение общих принципов поведения сложной системы;

2. Формирование совокупности методов анализа;

3. Решение проблемы сложности и неопределённости;

4. Определение предельных характеристик системы;

5. Автоматизация исследований.

В основу понятийного аппарата системного анализа положены

следующие категории: система, подсистема, элемент, структура, среда,

состояние, цель, композиция, декомпозиция, обратная связь.

Алгоритм системного анализа включает в себя 3 макроэлемента:

1. Постановка проблемы :

1.1. Постановка задачи;

1.2. Определение объекта исследования;

1.3. Формирование целей;

1.4. Задание критериев и ограничений;

2. Разделение системы и внешней среды :

2.1. Определение границ исследования системы;

2.2. Первичная структуризация системы;

2.3. Подразделение общей системы на систему и внешнюю среду;

2.4. Выделение составных частей среды;

2.5. Декомпозиция внешних воздействий на элементарные воздействия;

3. Разработка математической модели :

3.1. Формальное описание

3.2. Параметризация модели

3.3. Установление зависимости между параметрами

3.4. Декомпозиция модели на составные части

3.5. Уточнение первичной структуры

3.6. Исследование модели

Вопрос №3. "Принципы создания автоматизированных

систем управления".

Технология создания автоматизированной системы. Основные понятия.

Автоматизированной системой, согласно нормативным документам, является

система человек-машина, обеспечивающая эффективное функционирование

объекта, в которой сбор и переработка информации необходимы для реализации

функций управления, осуществляется с применением вычислительной техники

и средств автоматизации.

При создании Автоматизированной системы серьёзное внимание

уделяется так называемому объекту управления.

Под объектом управления понимается совокупность технологического

оборудования и реализуемого на нём по соответствующим регламентам

процесса производства. Кроме того, в объект управления входят

организационные, экономические, финансовые процессы. К технологическому

оборудованию отнесём:

 технологические агрегаты;

 установки;

 группы станков, реализующих самостоятельный процесс;

 отдельные участки и весь производственный процесс промышленного

предприятия.

Совокупность автоматизированной системы и объекта управления будем

называть автоматизированным комплексом.

Определение АС, которое мы дали, указывает на наличие в составе

системы:

 Современных средств сбора и обработки информации;

 Человека как субъекта труда, принимающего участие в оценке выработки

решений по управлению;

 Реализация в системе процесса обработки технологической и технико-

экономической информации;

 Цели функционирования системы, заключающиеся в общем смысле в

оптимизации работы объекта по заданному критерию управления.

Критерием управления могут являться технико-экономические или

технологические показатели.

АС является системой управления объектом в том, и только в том случае,

если она реализует управление в темпе протекающих на объекте процессов и

если в выработке и реализации управляющих решений участвует

вычислительная техника, специальные технические средства и человек-

оператор.

В состав системы входят следующие базовые элементы:

 техническое обеспечение , которое включает в себя:

 комплекс средств вычислительной техники (ЭВМ верхнего уровня,

ЭВМ нижнего уровня, рабочее место оператора, каналы связи и

запасные элементы и приборы);

 специальный комплекс технических средств (локальные средства

регулирования, средства получения информации о состоянии объекта

управления, исполнительные устройства, датчики и устройства

контроля и наладки технических средств);

 программное обеспечение , включающее в себя:

 общее программное обеспечение включает операционные системы,

локальные и глобальные сети и комплексы программ технического

обслуживания специальных вычислительных средств;

 специальное программное обеспечение включает так называемые

организующие программы и программы, реализующие алгоритмы

контроля и управления;

 Информационное обеспечение включает внутримашинную и внемашинную

информацию.

Внемашинная информация – это система классификации кодирования и все

исходные данные.

Внутримашинная информация – это информационная база и информационные

потоки.

 Организационное обеспечение включает инструктивно-методические

материалы и оперативно-обслуживающий персонал.

А также:

 Математическое обеспечение;

 Лингвистическое обеспечение;

 Правовое обеспечение.

Функции системы:

При создании системы после определения проблемной ситуации в

первую очередь определяются конкретные цели функционирования системы.

Такими целями могут быть:

 экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;

 обеспечение безопасности функционирования объекта;

 повышение качества выходного продукта или обеспечение заданных

значений параметров выходных изделий;

 снижение затрат живого труда;

 достижение оптимальной загрузки оборудования;

 оптимизация режимов работы технологического оборудования.

Под функцией системы будем подразумевать совокупность действий

системы, направленных на достижение определённой частной цели управления.

Совокупность действий системы представляет собой последовательность

операций и процедур, выполняемых частями системы. Будем отличать функции

системы от функций управления.

Функции системы подразделяются на:

 защитные функции реализуют защиту оборудования и человека во

внештатных ситуациях. Они включают в себя:

 технологическую защиту;

 аварийную защиту;

 управляющие функции - результатом работы этих функций является

выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления. К

управляющим функциям относятся:

 регулирование и стабилизация отдельных параметров;

 однотактное логическое управление;

 программное логическое управление;

 оптимальное управление режимами;

 адаптивное управление;

 информационные функции реализуют сбор, обработку и представление

информации о состоянии автоматизированного объекта оперативному

персоналу или передача этой информации для последующей обработки. К

информационным функциям относятся:

 измерение параметров;

 контроль параметров;

 вычисление параметров;

 формирование и выдача данных оперативному персоналу;

 подготовка и передача информации в смежные системы управления;

 обобщённая оценка и прогноз состояния автоматизированного

комплекса и оборудования.

 вспомогательные функции .

Режимы реализации функций:

В зависимости от участия человека в выполнении функций системы

различают автоматизированный и автоматический режимы реализации

функций.

Автоматизированный режим :

 Ручной режим , при котором техническое обеспечение представляет

оперативному персоналу контрольно-измерительную информацию об

объекте управления, а выбор и реализация управляющих воздействий

производится оператором

 Режим советчика , при котором техническое обеспечение вырабатывает

рекомендации по управлению, а решение об их использовании принимается

и реализуется оперативным персоналом

 Диалоговый режим , при котором оперативный персонал имеет возможность

корректировать постановку и условие задачи, решаемой техническим

обеспечением при выработке рекомендаций по управлению объектом.

Автоматический режим :

 Режим прямого цифрового либо аналого-цифрового управления , при

котором вычислительные средства формируют воздействие на

исполнительные органы

 Режим косвенного управления , когда средства вычислительной техники

автоматически меняют параметры настройки локальных систем управления

либо регулирования.

Общие технические требования к системе:

Система и её составляющие должны удовлетворять требованиям,

установленным нормативно-технической документацией. Система должна:

 обладать признаками системы в части управления объектом;

 обеспечивать управление объектом в соответствии с принятыми критериями

управления;

 выполнять все возложенные на неё функции с заданными характеристиками

и показателями качества управления;

 обладать требуемым уровнем надёжности, живучести и безопасности;

 обеспечить возможность взаимоотношения функционирования системы со

смежными системами;

 отвечать эргономическим требованиям: к способам и форме представления

информации, к размещению технических средств, к созданию условий для

нормальной деятельности оперативного персонала;

 обладать требуемыми метрологическими характеристиками измерительных

каналов;

 допускать возможность модернизации и развития в пределах,

предусмотренных техническим заданием на создание системы;

 нормально функционировать в условиях, указанных в техническом задании

на систему;

 обеспечивать заданный срок службы системы.

Вопрос №4. "Классификация автоматизированных

систем управления".

Автоматизированные системы как объект управления характеризуются

множеством параметров или признаков, которые могут выступать в роли

классических.

Классификация автоматизированных систем управления проводится с

целью:

 выбора систем-аналогов для анализа конъюнктурных свойств;

 оценки необходимых ресурсов для планирования и нормирования

разработки системы;

 определения конкурентоспособности создаваемой системы.

К основным классификационным признакам создаваемой системы

отнесём следующие:

 уровень, занимаемый системой в иерархии экономических, технических

отношений:

 межгосударственные;

 государственные;

 отраслевые;

 объединений (корпораций);

 предприятий (фирм);

 технологических объектов;

 назначение системы:

 административные;

 общественные;

 политические;

 социальные;

 оборонные;

 коммерческие;

 финансовые;

 образовательные;

 технологические;

 транспортные;

 связи;

 правовые;

 функции, реализуемые системой:

 организационно-экономические;

 технологические;

 интегральные;

 характер реализуемых задач:

 стратегические;

 тактические;

 оперативные;

 форма выходных результатов:

 информационно-управляющие;

 информационно-советующие;

 информационно-справочные;

 структура:

 централизованные;

 иерархические;

 децентрализованные;

 характер протекания производственного процесса:

 непрерывные;

 дискретные;

 дискретно-непрерывные;

 показатель условной информационной мощности:

 наименьшие (количество параметров 10-40);

 малые (количество параметров 41-160);

 средние (количество параметров 161-650);

 повышенные (количество параметров 651-2500);

 высокие (количество параметров 2501 и выше);

 уровень функциональной надёжности :

 минимальные (не требуются специальные меры для реализации

надёжности);

 средние (надёжность регламентируется, но отказы системы не

приводят к остановкам объекта);

 высокие (надёжность жёстко регламентируется);

 топология:

 сосредоточенные;

 распределённые.

Вопрос №5. "Цели и критерии эффективности

автоматизированной системы управления".

Алгоритм анализа (оценки) конъюнктурных свойств системы включает в

себя следующие элементы:

 формирование множеств свойств (показателей системы);

 выбор необходимых показателей и свойств;

 формирование сводной таблицы показателей;

 выбор аналогов автоматизированной системы управления;

 определение значений показателей основных свойств системы и аналогов;

 определение комплексных показателей;

 принятие решения о конъюнктурных свойствах разрабатываемой системы.

Показатели системы можно разбить на две группы:

 технические показатели системы:

1) быстродействие

2) живучесть

3) надёжность

4) помехоустойчивость

5) безопасность

6) точность

7) функциональную полноту

8) эргономичность

9) достоверность вычислений

10) показатель параллелизма

11) уровень оптимизации решений:

 «экологичность»

 эволюционность

 престижность

 гарантированность

 экономические показатели системы:

1) годовая экономия

2) годовой экономический эффект

3) коэффициент эффективности

4) срок окупаемости капитальных вложений

5) затраты.