Класифікація систем управління

Будь-який цілеспрямований процес, що протікає у ІВС, представляє собою сукупність операцій, що, в залежності від виду виконуваних функцій, умовно можна розбити на дві групи: виробничі операції та операції управління.

Виробничі операції реалізують виробничу функцію ІВС, яка полягає у виконанні технологічною підсистемою в автоматизованому чи автоматичному режимі технологічного процесу по випуску визначеної продукції.

Під технологічним процесом розуміється виконувана сукупність дій, що забезпечує спрямоване рішення визначених задач, орієнтованих на перетворення за допомогою елементів технологічної підсистеми (засобів виробництва) матеріальних потоків, що протікають (предметів і продуктів виробництва).

Для досягнення мети технологічного процесу виробничі операції повинні організовуватися і направлятися діями іншого роду – операціями управління. Операції управління реалізують інформаційну функцію ІВС, яка полягає в реалізації в автоматизованому чи автоматичному режимі збору, обробки і видачі інформації для виконання управління технологічним процесом.

Управління – це процес, що розвивається в реальному часі і забезпечує нормальний хід виконання технологічного процесу. Тому система управління (СУ), в рамках якої функціонує процес управління, складає спеціальний підклас динамічних систем.

У результаті такого поділу функцій система управління інтегрованим виробництвом може бути представлена класичною схемою організації управління за подійним принципом, що застосовується в динамічних системах зі зворотним зв’язком по стану (рис. 1.4).

Процес управління в системах зі зворотним зв’язком організовується відповідно до програми управління, яка задана для всіх моментів часу або відома тільки для поточних моментів часу. Цей процес полягає у визначенні відхилень оцінок поточного стану від стану, передбаченого на даний момент часу відповідно до програми формування закону управління в системі, з метою утримання її на заданій траєкторії руху за умови виконання обмежень на залучені ресурси та обов’язкового забезпечення прийнятних показників ефективності управління.

Рис. 1.4. Загальна схема системи управління ІВС

У ІВС поняття об’єкта управління (ОУ) використовується в широкому розумінні. У нього включаються як технологічні процеси виробництва, так і процеси, з якими зв’язане забезпечення обумовлених вимогами експлуатації нормальних режимів функціонування виробничого устаткування і руху матеріальних потоків. Як об’єкти управління розглядаються окремі верстати, агрегати, ділянки, цехи, економічні та конструкторські підрозділи. Взаємодія елементів СУ та ОУ визначається інформаційними зв’язками. Границя між СУ та ОУ проходить там, де інформаційні процеси перетворюються у зміни ходи матеріальних процесів.

Системи управління елементами ІВС дуже різноманітні, як і зв’язані з ними відповідні об’єкти управління. Тому розглянемо класифікацію ознак побудови застосовуваних систем управління. Виділяють наступні ознаки:

1. Ступінь автоматизації інформаційної функції.

2. Ступінь складності системи управління;

3. Ступінь визначеності системи управління;

4. Принцип управління;

5. Число рівнів управління.

В залежності від ступеня автоматизації розрізняють ручне, автоматичне і автоматизоване управління. При ручному керуванні усі функції процесу управління виконуються людиною. У автоматичних системах процеси управління реалізуються без особистої участі людини. Автоматизованими називають системи, у яких частина функцій виконується людиною (в основному при ухваленні рішення), а інша частина – машинами (при зборі і первинній обробці інформації).

За ступенем складності системи управління поділяють на прості та складні.

Поняття “складна система” виникло як відображення факту існування в реальному світі таких об’єктів, повний опис яких важкий або зовсім неможливий.

Складні системи мають наступні відмінні риси:

– число параметрів, якими описується система, дуже велика, а багато параметрів не піддаються кількісному опису і виміру;

– мета управління не піддається формальному опису без істотних спрощень і є функцією часу;

– важко дати строгий формальний опис складної системи управління і, як правило, основною задачею при моделюванні таких систем є пошук розумного спрощення їхнього опису.

За ступенем визначеності системи управління розбивають на детерміновані та випадкові.

Детермінованою називають систему, у якій по її попередньому стану і деякій додатковій інформації можна чітко сформувати наступний стан.

У імовірнісній системі на основі попереднього стану і додаткової інформації можна визначити лише множину наступних станів та ймовірність кожного з них.

Розбиття систем на прості та складні, детерміновані та імовірнісні деякою мірою умовне. В міру розвитку засобів моделювання і дослідження конкретної системи може перейти з одного класу в інший. Наприклад, простою імовірнісною системою можна назвати систему статичного контролю якості продукції підприємства по одному чи декількох параметрах, що передбачає вибіркову перевірку заданих параметрів з визначеною періодичністю.

Однією з найважливіших характеристик системи управління є її структура. Вона характеризує внутрішню побудову системи та описує стійкі зв’язки між елементами.

За принципом управління структури систем поділяються на централізовані та децентралізовані. У централізованих системах усі процеси управління зосереджені в єдиному керуючому органі, який обробляє всю інформацію, що надходить від всіх елементів об’єкта управління. У децентралізованих системах для кожного елемента об’єкта управління створюється власний керуючий орган, що реалізує локальну мету функціонування елемента, а глобальна (єдина) мета системи забезпечується за рахунок обліку й узгодження інформації, що надходить від інших елементів об’єкта управління (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Централізована та децентралізована системи управління

За кількістю рівнів підпорядкованості розрізняють однорівневу та багаторівневу (ієрархічну) системи управління. В ієрархічних системах функції управління розподілені між декількома супідрядними органами з одночасним дотриманням принципу централізації. У таких системах керуюча інформація надходить з верхніх рівнів на нижні, а інформація про стан – у зворотному напрямку (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Ієрархічна система управління

Гнучкі комп’ютеризовані системи управління в інтегрованому виробництві, як правило, є багаторівневими.