Основные направления развития автоматизации управления

В настоящее время сложилось два направления автоматизации управленческой деятельности, связанных с применением автоматических и автоматизированных систем. Они различаются характером объектов управления: если в первом случае объектами управления являются технологические процессы и работа оборудования и человек не принимает участия в процессе управления, то во втором – коллективы людей, занятых в сфере материального производства и обслуживания, где роль человека остается определяющей.

В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы структур ИТУ: децентрализованную и централизованную.

Построение технологии с децентрализованной структурой эффективно при автоматизации технологически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая технология представляет собой совокупность нескольких независимых систем со своей информационной и алгоритмической базой. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима информация о состоянии только этого объекта.

Централизованная структура осуществляет реализацию всех процессов управления объектами в едином органе управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает управляющие сигналы.

Комплексная автоматизацияохватывает проектирование и производство изделий и обеспечивается совокупностью автоматизированных систем. В эту совокупность входят автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), система автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСУПП), автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированная система управления производством (АСУП) и автоматизированная информационная технология управления гибкой производственной системой (АИТУ ГПС).

АСУ ТП

В любом случае технологический процесс - есть совокупность целенаправленных действий, последовательное выполнение которых с помощью соответствующих орудий труда приводит к получению из исходных материалов изделия с заданными свойствами.

Появление АСУ ТП связано, с одной стороны, с развитием автоматических устройств и совершенствованием технологического оборудования, с другой стороны, значительным усложнением всех функций управления технологическим процессом.

АСУ ТП классифицируются по следующим признакам:

• по характеру протекания технологического процесса во времени (дискретный; непрерывно-дискретный ( литейное производство); непрерывный);

• по уровню в организационной структуре управления предприятием (управление линиями; управление агрегатами; управление рабочими местами; управление участками; управление цехами; управление производствами);

• по типам технологических процессов (заготовительные; термические; мехонообрабатывающие; сборочные; складские; транспортные и т.д.);

• по методам управления (информационные; информационно-советующие; управляющие);

• по степени охвата управляемого процесса (локальные; комплексные).

В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.

Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций:

• измерение физических сигналов, параметров;

• контроль функционирования технических и программных средств;

• формирование заданий на управление;

• реализация управления и т.д.

Системы автоматизации проектирования (САПР)

Процесс разработки изделия представляет собой сложный комплекс взаимоувязанных научно-технических, конструкторских и технологических работ, который состоит из проектирования, технологической подготовки производства, управления технологическими процессами и испытания опытных образцов.

В практике создания САПР можно выделить два крайних подхода с точки зрения выбора предметной области:

1. создание предметно-ориентированных САПР, охватывающих весь сквозной цикл проектирования конструкции, технологии, управляющих программ. Такие САПР рассчитаны на узкий круг изделий (напр., проектирование и технология обработки штампов).

2. автоматизация отдельных функциональных этапов проектирования для широкого класса изделий (напр., САПР конструкции изделия, САПР технологического процесса, САПР управляющих программ для станков с ЧПУ).

Первый подход позволяет последовательно использовать выходную информацию очередного этапа как входную для следующего этапа, а также применять общую для разных этапов информацию о геометрии изделий, характеристиках материалов, оборудования и т.д.

Однако такой подход может привести к огромному количеству ориентированно- объектных САПР, что требует больших трудовых и материальных затрат.

Второй подход позволяет создать универсальные средства для широкого класса объектов, в т.ч. машинной графики, оптимизационных пакетов, автоматизированной подготовки программ для станков с ЧПУ и т.д.

Средства этого типа широко применяются на практике.

Недостатком является отсутствие унифицированных интерфейсов между различными этапами расчетов.

Важной задачей является создание системы управления банком данных САПР.

При создании новых объектов выделяют следующие этапы:

• этап научно-исследовательских работ (НИР);

• этап опытно-конструкторских работ (ОКР).;

• этап рабочего проектирования.

Система автоматизации проектных работ (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие.

К проектирующимотносят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, подсистема логического проектирования, подсистема конструкторского проектирования, подсистема проектирования деталей и сборочных единиц и т.п.

К обслуживающимотносят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистема информационного поиска, подсистема документирования и т.п.

По отношению к объекту проектирования различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные). К объектным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования. К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например, функции отработки, не зависящие от особенностей проектируемого объекта.

Поскольку невозможно для ряда задач полностью автоматизировать процесс проектирования, актуальным является эффективное интерактивное общение пользователя с ЭВМ.

В большинстве САПР проект создается на основе типовых проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов проекта.

Роль САПР в автоматизации производства не ограничивается функциями автоматизации конструирования и технологической подготовки производства. Не менее важная задача САПР – проектирование самих автоматизированных производств.

АСУП

АСУП предназначены для автоматизации управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

АСУП представляет собой сложную иерархическую , многоуровневую систему, состоящую из коллектива работников аппарата управления, комплекса технических средств, носителей данных (базы и банки данных), различных методик и инструкций по управлению объектом.

В АСУП выбор того или иного вида ( варианта) решения и ответственность за его выполнение остается за человеком.

Автоматизированная система управления производством (АСУП) представляет собой сложную иерархически управляемую систему, состоящую из коллектива работников аппарата управления, комплекса технических средств, различных методик и инструментов, носителей данных. Как всякая сложная система АСУП подразделяется на подсистемы, органическое взаимодействие которых при реализации задач управления обеспечивает достижение основной цели – оптимизации принятия решения.

Объектом управления является совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалов, полуфабрикатов, инструмента, оснастки, оборудования энергетических, трудовых, финансовых и др. ресурсов) в готовую продукцию.

АСУ ГПС

Для ускорения темпов обновления продукции необходим переход от автоматизации отдельных элементов производственного процесса к комплексной автоматизации на всех уровнях, применению гибких производственных систем (ГПС) в условиях единичного, серийного и массового производства. Применение ГПС в промышленности позволяет разрешить противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности производственного оборудования массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производства.

Основыми характеристиками ГПС являются:

• способность работать автономно или некоторое ограниченное время без участия человека;

• автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

• гибкость удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

• простота наладки, а также простота устранения отказов основного оборудования и систем управления;

• совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства.

Особенность ГПС состоит в групповой гибко перенастраиваемой технологии обработки изделий, высокой степени автоматизации, обеспечивающей минимальное участие человека в выполнении прямых производственных функций, связанных с технологическим процессом обработки изделий.

ГПС основаны на возможности использования числового программного управления (ЧПУ). Основным видом оборудования в ГПС являются обрабатывающие центры - одна из разновидностей станков с ЧПУ.

В состав технологического объекта управления ГПС может входить следующее технологическое оборудование:

• гибкий технологический модуль (ГТМ);

• автоматизированный складской модуль;

• вспомогательный модуль (модуль комплектации инструментов, подготовки приспособлений, загрузки и выгрузки изделий и т.п.);

• гибкий контрольно-измерительный модуль;

• автоматизированный транспортный модуль;

Система ЧПУ предназначена для непосредственного управления технологическим оборудованием и обеспечения взаимосвязи с другими элементами ГПС.

Локальная система управления предназначена для обеспечения взаимосвязи с другими элементами ГПС и для управления операциями по загрузке, размещению и выдаче заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов, поддонов.

АСУ ГПС - автоматизированная многоуровневая интегрированная система. Она функционирует как автономно, так и во взаимодействии с компонентами ИАСУ предприятия.

Интегрированные автоматизированные системы (ИАСУ)

В качестве ИАСУ рассматриваются системы, при создании которых реализован принцип нисходящего проектирования систем, которые в результате взаимодействия обеспечивают достижение целей управления. ИАСУ отличается прежде всего методикой построения, которая обеспечивает согласованное достижение целей, каждая из которых не может быть достигнута за счет локального использования отдельных видов АСУ.

ИАСУ обеспечивает согласованное и координированное решение задач с учетом временной и уровневой иерархии за счет разделения общей задачи управления по фазам планирования, регулирования, учета, анализа, а также временной иерархии внутри каждой фазы.

В настоящее время существует несколько видов интеграции, реализуемых в ИАСУ:

• горизонтальная интеграция, которая обеспечивает интеграцию элементов автоматизированной информационной системы на одном уровне управления, т.е. она реализуется системами, связывающими горизонтально функции предметной области;

• вертикальная интеграциязаключается в обеспечении интегрированным управлением различных уровней управления, т.е. обычно она достигается с помощью иерархически построенных систем,

• программная интеграция, заключается в создании и использовании совместимого и взаимосвязанного комплекса алгоритмов и программ;

• техническая интеграцияпредставляет собой создание и использование единого совместимого комплекса аппаратных средств, обеспечивающих эффективное функционирование информационной системы;

• организационная интеграцияобеспечивает рациональное распределение функций управления между уровнями управления, а также эффективное распределение обязанностей на одном уровне управления.