Представление об автоматических и автоматизированных системах. Информационное общество

Конспект урока по информатике на тему: «Управление процессами. Представление об автоматических и автоматизированных системах управления»

Задачи урока:

Образовательные:

Освоить понятие АСУ и САУ;

Рассказать отличия между АСУ и САУ;

Рассмотреть примеры АСУ и САУ.

Развивающие:

Развить умение анализировать и сравнивать;

Развить логическое мышление;

Развить творческие способности.

Воспитательные:

• Воспитать терпения в работе;

  Воспитать четкую организацию учебного процесса;

  Воспитать информационную культуру и культуру общения.

План урока:

Информационная система.

Виды систем управления.

Примеры оборудования с ЧПУ.

Схемы управления.

1. Информационный процесс - процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования информации.

Информационные системы - системы, в которых происходят информационные процессы.

Если поставляемая информация извлекается из какого – либо процесса (объект), а выходная применяется для целенаправленного изменения того же самого объекта, то такую информационную систему называют системой управления.

2. Виды систем управления:

ручные,

автоматизированные (человеко-машинные),

автоматические (технические).

Автоматизированная система - это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая автоматизированную технологию выполнения установленных функций.

Автоматизированная система управления или АСУ - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия.

АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п.

Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком – оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо неподдающихся автоматизации.

Понятие “ Автоматизированная система управления ” в России стало использоваться в 50-е годы ХХ века. Интенсивное применение таких систем начинается в 1970–1980-е годы. Оно было направлено в основном на облегчение рутинных операций.

Появление АСУ обусловлено необходимостью совершенствования организационной структуры управления предприятием, организацией, учреждением и т.п.

АСУ представляет собой совокупность коллектива людей и комплекса программно-технических средств, т.е. является человеко-машинной системой, базирующейся на экономико-математических методах управления, использовании средств ЭВМ.

Автоматизация базируется на широком использовании средств вычислительной техники (СВТ) и необходимого для них ПО. В качестве технических средств АСУ получили использование многомашинные, многопроцессорные комплексы, образующие с помощью ЭВМ и информационных сетей распределенные системы обработки информации. При реализации АСУ обычно применяются автоматизированные рабочие места и участки.

Решаемые в АСУ задачи делят на задачи, требующие немедленного ответа и допускающие определённую его задержку по времени выполнения.

В основном выделяют следующие режимы работы АСУ: параллельной обработки, квантования временем для пакетной обработки, оперативной обработки, реального времени и телеобработки информации и данных. В режиме квантования временем каждой прикладной программе выделяется квант времени, по окончании которого управление передаётся следующей программе. Увеличение скорости ответа системы пользователю достигается путём оперативной (онлайновой, непосредственной) обработки данных . При сочетании многопрограммного режима работы ЭВМ с квантованием времени и режимом непосредственного доступа образуется режим разделения времени . Режим реального времени предназначен для задач, требующих немедленного ответа. Он характеризуется дистанционной обработкой информации (телеобработкой ). Режим телеобработки может использоваться и в других случаях, например, для пакетного режима обработки данных.

Автоматизация позволяет существенно сократить время создания новых образцов техники, продуктов и т.д., а также обслуживания пользователей, значительно повысить уровень их обслуживания, преобразует и видоизменяет отдельные технологические процессы, а порой – все основные традиционно используемые технологии. Хотя изначально автоматизированные системы предназначались для автоматизации сложных производственных технологических процессов, всё же их недаром назвали АСУ. Управление любыми процессами связано с выполнением собственно функций управления, т.е. взаимодействия людей в процессе выполнения каких-либо работ. В этом случае активизируется деятельность административно-управленческого аппарата и совершенствуется документооборот. Важное место в подобных процессах всегда отводилось циркулирующей в организации информации.

АСУ – гибкие интегрированные системы с элементами искусственного интеллекта. Они ориентированы на реализацию безбумажного, безлюдного управления объектом с подстройкой к изменяющимся внешним условиям и ресурсам. Реализация подобных задач строится на применении ЭВМ, объединённых информационной сетью или сетями с другими ЭВМ.

Для функциональных задач, имеющих достаточно формализованные алгоритмы решения (финансово-бухгалтерский учёт, материально-техническое снабжение, кадры и др.), внедрение АСУ позволило значительно улучшить отчётность, контроль прохождения документации, своевременность принятия решений, и во многих случаях это дало значительный экономический эффект.

Следовательно, для успешного функционирования АСУ возникает потребность автоматизации информационных процессов, а значит и создания автоматизированных информационных систем (АИС). Так и было вначале. В результате появились информационные системы, позволяющие в автоматизированном режиме выполнять процессы, связанные с управлением производством и различными видами деятельности, а также с делопроизводством. В России эти процессы начинаются со второй половины XX века.

Затем стало очевидным, что АИС могут использоваться не только для совершенствования управления производственными процессами, но и с целью улучшения качества создаваемой информационной продукции и услуг, повышения качества и оперативности обслуживания пользователей и т.п. Информационные АСУ обладают возможностью представления информации в виде, удобном для последующего использования, обработки в ЭВМ, а также передачи её по каналам связи.

2. Автоматизированные информационные системы
Автоматизация информационных процессов, способствуя ликвидации многих рутинных операций, повышая комфортность и одновременно эффективность работы, предоставляя пользователям новые, ранее неведомые, возможности работы с информацией, создаёт и новые проблемы, решение которых может быть осуществлено лишь на базе использования общенаучных методов и новых информационных технологий. На каждой ступени развития общества они отражают присущий ему уровень высоких технологий.

Автоматизированная информационная система (Automated information system, AIS) - это совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для хранения и (или) управления данными и информацией, а также для производства вычислений.

Основная цель АИС – хранение, обеспечение эффективного поиска и передачи информации по соответствующим запросам для наиболее полного удовлетворения информационных запросов большого числа пользователей.

К основным принципам автоматизации информационных процессов относят: окупаемость, надежность, гибкость, безопасность, дружественность, соответствие стандартам.

Окупаемость означает затрату меньших средств, на получение эффективной, надёжной, производительной системы, возможностью быстрого решения поставленных задач. При этом считается, что срок окупаемости системы должен составлять не более 2–5 лет.

Надежность достигается использованием надёжных программных и технических средств, использования современных технологий. Приобретаемые средства должны иметь сертификаты и (или) лицензии.

Гибкость означает легкую адаптацию системы к изменению требований к ней, к вводимым новым функциям. Это обычно достигается созданием модульной системы.

Безопасность означает обеспечение сохранности информации, регламентация работы с системой, использование специального оборудования и шифров.

Дружественность заключается в том, что система должна быть простой, удобной для освоения и использования (меню, подсказки, система исправления ошибок и др.).

Выделяются четыре типа АИС:

Охватывающий один процесс (операцию) в одной организации.

Объединяющий несколько процессов в одной организации.

Обеспечивающий функционирование одного процесса в масштабе нескольких взаимодействующих организаций.

Реализующий работу нескольких процессов или систем в масштабе нескольких организаций.

При создании АИС целесообразно максимально унифицировать организуемые системы (подсистемы) для удобства их распространения, модификации, эксплуатации, а также обучения персонала работе с соответствующим ПО. Разработка АИС предполагает выделение процессов, подлежащих автоматизации, изучение их, выявление закономерностей и особенностей (анализ), что способствует определению целей и задач создаваемой системы. Затем осуществляется внедрение необходимых информационных технологий (синтез). Для успешного проведения проектно-организационных работ рекомендуется выявить несколько прототипов проектируемого объекта и устанавливаемых на нём программно-технических средств. На их основе разработать несколько вариантов. Затем из них выбирают альтернативные, из которых наконец – наилучшее решение.

АИС можно представить как комплекс автоматизированных информационных технологий, составляющих информационную систему, предназначенную для информационного обслуживания потребителей. В АИС обычно применяются автоматизированные рабочие места (АРМ) на базе персональных ЭВМ, распределённые базы данных, программные средства, ориентированные на конечного пользователя.

Основное назначение автоматизированных информационных систем не просто собрать и сохранить электронные информационные ресурсы, но и обеспечить к ним доступ пользователей. Одной из важнейших особенностей АИС является организация поиска данных в их информационных массивах (базах данных). Поэтому АИС практически являются автоматизированными информационно-поисковыми системами (АИПС),

Автоматизированная информационно-поисковая система - программный продукт, предназначенный для реализации процессов ввода, обработки, хранения, поиска, представления данных т.п.

АИПС бывают фактографическими и документальными.

Фактографические АИПС обычно используют табличные реляционные БД с фиксированной структурой данных (записей).

Документальные АИПС отличаются неопределённостью или переменной структурой данных (документов). Для их разработки обычно применяются оболочки АИС.

Примеры оборудования с числовым программным управлением.

Числовое программное управление (ЧПУ) означает компьютеризованную систему управления, считывающую инструкции специализированного языка программирования (например, G-код) и управляющую приводами металло-, дерево- и пластмасообрабатывающих станков и станочной оснасткой.

Станки, оборудованные числовым программным управлением, называются станками с ЧПУ. Помимо металлорежущих (например, фрезерные или токарные), существует оборудование для резки листовых заготовок, для обработки давлением.

Система ЧПУ производит перевод программ из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (включить/выключить охлаждение, например). Для определения необходимой траектории движения рабочего органа (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой рассчитывается траектория обработки деталей.

С
хема передачи информации:

Процессы, не учитывающие состояние объекта управления и обеспечивающие управление по прямому каналу (от управляющей системы к объекту управления), называются разомкнутыми.

Система, в которой управляющий объект получает информацию о реальном состоянии объекта управления по каналу обратной связи, исходя из которой, производит необходимые управляющие действия по прямому каналу управления, называется замкнутой системой управления или системой с обратной связью.

Тема 2.3. «Управление процессами. Представление об автоматических и автоматизированных системах» Лекция №7. Управление процессами. АСУ План 1. 2. 3. 4. 1. Управление. Автоматизированная система управления Функции АСУ Контрольные вопросы Управление. Управление – важнейшая функция, без которой немыслима целенаправленная деятельность любой социально­экономической, организационно­производственной системы (предприятия, организации, территории). Систему, реализующую функции управления, называют системой управления. Важнейшими функциями, реализуемыми этой системой, являются прогнозирование, планирование, учет, анализ, +контроль и регулирование. Информационный процесс - процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и использования информации. Информационные системы ­ системы, в которых происходят информационные процессы. Если поставляемая информация извлекается из какого­либо процесса (объекта), а выходная применяется для целенаправленного изменения того же самого объекта, то такую информационную систему называют системой управления. Виды систем управления: ручные, автоматизированные (человеко­машинные), автоматические (технические) . 2. Автоматизированные системы управления. Автоматизированная система управления или АСУ - комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком­оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) - это комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве в целом или каком­то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт. Здесь важно сделать акцент на слове «автоматизированная». Под этим подразумевается, что система управления отнюдь не полностью автономна (самостоятельна), и требуется участие человека (оператора) для реализации определенных задач. Напротив, системы автоматического управления (САУ) предназначены для работы без какого­либо контроля со стороны человека и полностью автономны. Очень важно понимать эту принципиальную разницу между АСУ и САУ. Составными частями АСУТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства, связанные в единый комплекс. Как правило АСУТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и

архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети. 3. Функции АСУ. Функции, выполняемые АСУ ТП. АСУ ТП предназначается для:  автоматизированной системы; повышение оперативности управления, эффективности и надежности работы снижение косвенных затрат на эксплуатацию удаленных объектов; своевременное координирование действий подразделений предприятия; обеспечение руководителей и ИТР персонала информацией, необходимой для принятия эффективных решений управления и планирования; обеспечение оптимальных решений работы технологического оборудования; полное протоколирование всех штатных и нештатных ситуаций, а также      действий операторов АРМ. АСУ ТП обеспечивает выполнение всех функций современных автоматизированных систем: информационно­измерительные функции; информационно­расчетные функции; функции технологических защит и блокировок; функции автоматического регулирования; функции дистанционного управления; функции программно­логического управления; функции проверок и диагностики оборудования АСУ ТП. Классификация систем управления по информационным функциям 1. Автоматические системы децентрализованного контроля и управления, в которых наблюдение за ходом технологического процесса и выполнение отдельных операций управления осуществляется с местного щита управления. Технологический процесс производства какого­либо продукта, рассматриваемый в качестве объекта управления, в соответствии с направлением материальных и энергетических потоков разбит на отдельные участки, сформированные в цеха или отделения. При разработке систем децентрализованного контроля и управления процессом для каждого такого участка предусмотрена обособленная система управления, не связанная функционально с системами управления другими цехами и отделениями. 2. Системы централизованного контроля с передачей информации о процессе в центральный пункт управления (ЦПУ). При разработке этого типа систем управления вся информация о технологическом процессе от начала производства до получения конечной продукции направляется в единую систему централизованного контроля и управления, где она обрабатывается, после чего формируются управляющие воздействия. 3. Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), которые в зависимости от выполняемых ими информационных функций могут решать задачи вычисления технико­экономических показателей производства, задачи сбора, первичной обработки и передачи информации, задачи анализа, обобщения информации о процессе и прогнозирования протекания технологического процесса. АСУ – человеко­машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ ТП – АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с выбранным критерием управления. К внешним функциям АСУ ТП относятся функции контроля за текущим состоянием объекта и функции управления, которые включают в себя определение управляющих воздействий и их реализацию. Внутренние функции АСУ ТП охватывают: 2

­ организацию связи с другими системами управления, в частности с АСУ предприятия и с другими АСУ ТП; ­ контроль за правильностью функционирования системы; ­ организацию обслуживания очередей заявок на решение задач управления на ЦВМ; ­ распределение загрузки отдельных узлов и блоков системы управления; ­ слежение за временем и отсчет временных интервалов. Каждая АСУ ТП реализует только те функции, которые актуальны для конкретного объекта управления. 4. 1. 2. 3. 4. 5. Контрольные вопросы Что такое управление? что такое система управления? какие виды систем управления существуют? что такое АСУ Какие функции выполняет АСУ? 3

Термин «автоматизированные системы управления» (АСУ) впервые появился в 60-х годах прошлого века в связи с внедрением систем управления производством на машиностроительных предприятиях нашей страны.

Понятие «система» широко распространено как в общенаучной и специальной литературе, так и в повседневной жизни. Обычно оно используется в качестве синонима совокупности, комплекса определенных реальных объектов. Перевод системы из одного состояния в другое путем воздействия на параметры ее элементов и есть управление системой. Общее определение управления можно сформулировать так: управление системой - это целенаправленное воздействие на нее, переводящее систему из одного состояния в другое.

Функции управления заключаются в:

• - выработке управляющей информации, соответствующей программе управления;
• - передаче ее объекту управления;
• - получении и анализе информации от объекта управления, характеризующей его фактическое поведение;
• - корректировке или выработке новой управляющей информации с целью оптимизации функционирования объекта управления.

Системой управления называют систему, в которой осуществляются указанные функции управления и в которой всегда можно выделить как минимум две подсистемы - управляющую (субъект) и управляемую (объект). Воздействие субъекта управления на объект управления должно быть целенаправленным.

Задачи управления могут быть различными как по характеру, так и по объему. Весьма важна также сфера управления. Обычно выделяют три основные сферы управления:

• - управление орудиями труда, системами машин, производственными и иными процессами, происходящими при целенаправленном воздействии человека на предметы труда и процессы природы;
• - управление деятельностью коллективов, решающих ту или иную задачу;
• - управление процессами.

Современное промышленное производство в любых областях промышленности объединяет в себе сложный комплекс инженерно-технических средств, коммуникаций, технологических цепочек, состоящих из механического оборудования с различными типами приводов (например: электропривод, пневмопривод). Одновременно один технологический процесс могут обеспечивать до нескольких десятков различных устройств, механизмов и систем, выполняющих каждая свою функцию. Задача системы автоматизации - обеспечить наиболее рациональное (оптимальное) взаимодействие всего оборудования, входящего в технологическую цепь производственного процесса. Благодаря автоматизации производственных процессов достигается:

• - экономия энергоресурсов;
• - оптимизация режимов работы технологического оборудования, увеличение его ресурса;
• - предупреждение аварийных ситуаций и снижение аварийности оборудования;
• - обеспечение безопасности технологического персонала;
• - оптимизация численности технологического персонала, создание безлюдных технологий.

Понятие «управление процессом» можно рассматривать как деятельность по обеспечению заданного качества, как правило, продукта. В простейшем случае технологический процесс представляет собой объект (рис. 84), на входе которого действует переменная x(t), характеризующая свойство какого-либо сырья, а на выходе переменная y(t), представляющая собой свойство готового продукта.

Рис. 84.

Однако в реальной жизни технологический процесс - это сложный многомерный объект, на который влияют многочисленные свойства сырья и его характеристики, а также параметры процесса, характеризующие условия его протекания: температура, скорость, давление и т.д. В результате характеристики продукта также многомерны - химический состав, качество, стоимость, количество.

В связи с тем что сложный технологический процесс представляет собой цепочку операций, возникает необходимость определить функции, которые предпочтительно следует выполнять человеку, и функции, которые предпочтительно следует выполнять компьютеру или другим техническим устройствам. В этой связи вводится термин «автоматизированная система», т. е. система, функции которой разделены между человеком и техникой.

Цель создания АСУ заключается в обеспечении наиболее полного использования потенциальных возможностей объекта управления для решения поставленных перед ним задач. Эффективность АСУ определяют сопоставлением результатов от функционирования АСУ и затрат всех видов ресурсов, необходимых для ее создания и развития.

Согласно ГОСТ 24.104-85 «Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Автоматизированные системы управления. Общие требования» АСУ в необходимых объемах должна автоматизированно выполнять:

• - сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т. п.) о состоянии объекта управления;
• - выработку управляющих воздействий (программ, планов и т. п.);
• - передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ее контроль;
• - реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;
• - обмен информацией (документами, сообщениями и т. п.) с взаимосвязанными автоматизированными системами.

Программное обеспечение АСУ должно обладать следующими свойствами:

• - функциональная достаточность (полнота);
• - надежность (в том числе восстанавливаемость, наличие средств выявления ошибок);
• - адаптируемость;
• - модифицируемость;
• - модульность построения;
• - удобство эксплуатации.

Термин автоматическая подчеркивает возможность управляющих устройств взаимодействовать с управляемым объектом самостоятельно, без участия человека.

Классификацию систем управления можно осуществлять по таким признакам, как:

• - степень автоматизации функций управления;
• - степень сложности системы;
• - обусловленность действия;
• - тип объекта управления и др.

В зависимости от степени автоматизации функции управления различают: ручное, автоматизированное и автоматическое управление.

Например, металлорежущие станки оборудуются механизмом, обычно состоящим из салазок, шпинделей, ходовых винтов и столов с поперечным и продольным перемещением, который позволяет перемещать инструмент относительно обрабатываемой детали. При ручном управлении станком программу обработки задает рабочий после изучения чертежа детали. Он определяет порядок переходов при обработке различных поверхностей, число рабочих ходов, необходимый инструмент в его смену, режим резания и т. д.

В автоматизированных станках автоматизированы отдельные элементы рабочего цикла, например движение подачи, движение врезания шлифовального круга в заготовку, правка шлифовального круга и т. п. Автоматизированные станки бывают специализированными или специальными. Специализированные станки предназначены для выполнения определенных операций при обработке конструктивно и технологически подобных изделий и подобной геометрической формы, но различных размеров в определенном диапазоне. Специальные станки используют только в массовом производстве, они предназначены для выполнения одной операции при обработке изделия одного наименования.

При автоматической (по программе) обработке на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) действия оператора в процессе изготовления детали сведены к минимуму. Соответственно, исключаются негативные факторы, имеющие место при ручном управлении (усталость рабочего, отвлечение его внимания внешними воздействиями).

Другое преимущество применения технологии ЧПУ заключается в более точном изготовлении детали. Однажды отлаженная управляющая программа может быть использована на станке с ЧПУ для производства двух, десяти или тысячи абсолютно идентичных деталей, причем при полном соблюдении требований к точности и взаимозаменяемости.

И наконец, еще одним преимуществом от применения любого оборудования с ЧПУ является гибкость. Программное управление означает, что изготовление разных деталей сводится к простой замене управляющей программы. Ранее проверенная управляющая программа может быть использована любое число раз и через любые промежутки времени. В свою очередь, это также является еще одним преимуществом, а именно возможностью быстрой переналадки оборудования. Поскольку такие станки легко настраивать и запускать, а также загружать в них управляющие программы, это позволяет существенно уменьшить время наладки станка.

Примеры оборудования с числовым программным управлением

Фрезерно-гравировальное оборудование. Сфера применения: высокоточное изготовление сложных профилей, резьба по дереву, производство рекламы, гравировка по камню и стеклу, сверление, раскрой листовых материалов, изготовление форм и пресс-форм, номерков, значков, медалей.

Металлобработка. Фрезерный станок с ЧПУ поможет быстро и качественно создать высокотехнологичный продукт или технологическую оснастку, где требуется обработка стали и других металлов.

Предметы искусства. Станки с ЧПУ используют при создании сувенирных изделий, элементов интерьера, дворцового и художественного паркета. Ювелирные изделия, церковная утварь, ритуальные услуги - тоже сфера их возможностей.

По степени сложности системы подразделяются на простые и сложные. Простая система не имеет разветвленной структуры, содержит небольшое число

Рис. 85.

взаимодействующих элементов и выполняет простейшие функции. В качестве простой АСУ можно привести пример системы, осуществляющей сбор данных о каком-либо технологическом процессе (см. рис. 85).

Датчики генерируют сигналы в виде уровней напряжения, которые преобразуются в цифровую форму и поступают в запоминающее устройство компьютера. Такие данные важны для инжене- ра-технолога, который на их основе, способен изменить математическую модель управления технологическим производством. У сложной системы имеется разветвленная структура и значительное количество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (подсистем), которые объединены общими целями функционирования.

На рис. 86 показан технологический процесс в типовом энергетическом центре, предназначенном для выработки тепловой и электрической энергии.

АСУ центра обеспечивает:

• - сбор и отображение параметров технологического процесса (температура, давление, уровень);
• - отображение состояния технологического оборудования (работа, авария, положение задвижек и т.д.);
• - автоматическое и ручное управление системой утилизации тепла;
• - технологическую сигнализацию аварий и превышений параметрами предельно допустимых значений;
• - управление технологическими задвижками и заслонками;
• - архивирование параметров технологического процесса и аварийных сообщений.

Контроллеры, коммуникационное оборудование и программное обеспечение осуществляют сбор данных о состоянии оборудования и параметров энергетического комплекса, а также передачу на автоматизированное рабочее место оператора.

Рис.

Рис.

По обусловленности действия все системы подразделяют на системы с детерминированным действием (детерминированные системы) и на системы со случайным (вероятностным или стохастическим) действием (случайные системы).

Детерминированной системой принято называть такую систему, у которой составляющие ее элементы и связи между ними взаимодействуют так, что если известны начальное состояние системы и программа перехода ее в другое состояние, то всегда можно точно описать, каким будет это новое состояние системы. В качестве примера можно привести систему автопилотирования самолета. Во время полета автопилот непрерывно отслеживает значения каналов управления креном и тангажом (угловое движение летательного аппарата). Если оба канала оказываются в среднем положении (пилот отпустил ручки управления), автопилот берет управление на себя и выводит самолет в горизонтальное положение.

Случайной (вероятностной, стохастической) системой называют такую систему, у которой составляющие ее элементы и связи между ними взаимодействуют таким образом, что нельзя сделать точного, детального предсказания ее поведения, утверждать о последовательности состояний. Такая система всегда остается неопределенной, и предсказание о ее будущем поведении никогда не выходит из рамок вероятностных категорий, с помощью которых это поведение описывается. Например, сложные программные системы содержат ошибки (если и не собственные, то наведенные используемыми библиотеками подпрограмм). Программист может контролировать поведение системы на контрольных точках и пограничных значениях.

Часто именно неверная отработка пограничных значений приводит к проблемам. Для того чтобы совершенствовать подобную систему, необходимо довести ее до такого уровня, когда обеспечивается надежность системы.

Количественно надежность определяется вероятностью безотказной работы. Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что при работе в заданных условиях система будет удовлетворительно функционировать в течение установленного промежутка времени.

По типу объекта управления АСУ делятся на:

• - АСУ технологическими процессами (АСУ ТП);
• - АСУ производством цеха (АСУП);
• - АСУ предприятиями;
• - АСУ отраслями народного хозяйства (например, промышленностью, связью, транспортом) и т.д.

Основными функциями АСУ технологическими процессами являются следующие операции:

• - автоматизированное управление основным производственным оборудованием в процессе пуска, останова и длительной работы с поддержанием технологических параметров в заданных пределах;
• - автоматизированное управление вспомогательным оборудованием;
• - представление оперативному персоналу информации о состоянии технологического оборудования;
• - возможность задания оператором параметров автоматического режима и дистанционное управление исполнительными органами, включая аварийный дистанционный останов технологического оборудования;
• - регулирование технологических параметров с помощью программных регуляторов в соответствии с проектным заданием;
• - предупредительная и аварийная сигнализация отклонений технологических параметров и состояния задач;
• - регистрация и архивирование значений технологических параметров, действий оператора и других событий в системе, формирование и вывод протоколов на печать (автоматически и по запросу оператора);
• - защита от несанкционированного доступа к параметрам настройки и сохраняемым данным;
• - измерение, расчет и архивирование валовых выбросов вредных веществ в атмосферу.

Для различных отраслей промышленности разработаны типовые проекты внедрения АСУ ТП.

Для энергетики - автоматизированные системы температурного контроля генераторов; подсистем энергетических, паровых и водогрейных котлов большой мощности; автоматизированные системы контроля и диспетчеризации котельных. Разработанные системы автоматического управления позволяют обеспечить перевод котельных на совместное сжигание двух видов топлива (газ и мазут), обеспечить автоматизацию вспомогательных производств (химводопод- готовка, топливоподача и т.д.), позволяют обеспечить коммерческий учет энергоресурсов, а также интеграцию локальных АСУ ТП в единую систему диспетчерского контроля и управления.

Для химической и нефтехимической промышленности - АСУ ТП производства серной, фосфорной и слабой азотной кислоты; дозирования и взвешивания готовой продукции и промежуточных материалов; контроля, управления и противоаварийных защит на производствах аммиачной селитры, карбофоса и азотной кислоты.

Для металлургической и горнодобывающей промышленности - АСУ

технологической линией производства огнеупорных материалов; управления тепловыми процессами печи; основных технологических процессов горно- обогатительных комбинатов: дробления, флотации, сушки; печей обжига; энергохозяйств.

Для пищевой и перерабатывающей промышленности - АСУ технологическим оборудованием элеватора; зернокомплекса; зерноочистительного производства; склада напольного хранения; весовых установок; общеобменной и аварийной вентиляции; пожаротушения производственного корпуса. На предприятиях перерабатывающей промышленности нашли широкое применение системы стабилизации увлажнения зерна и системы прогнозирования самосогревания зерна.

Для жилищно-коммунального хозяйства - АСУ районных тепловых станций; котельных; автоматизированные системы диспетчеризации и контроля котельных.

Автоматизированная система управления производством цеха обычно является составной частью АСУП завода.

Сложное автоматизированное производство порождает обилие информации. Число изготовленных каждой линией узлов, заготовок, диагностические сообщения об отклонениях параметров, характере неисправностей, простоях (с указанием причин), произведенной продукции и отгрузке - это далеко не полный перечень тех данных, которые оперативно должны получать диспетчеры и руководители цеха.

Перечислим в порядке возрастания сложности основные задачи системы управления цехом:

• - мониторинг технологического процесса;
• - диагностика технологического оборудования;
• - управление производством в условиях выпуска нескольких модификаций продукции.

Современные АСУП цехом имеют в своем составе автоматизированные рабочие места (АРМ). АРМ - это рабочее место специалиста, оборудованное компьютером и специальным программным обеспечением, образующими единый информационно-вычислительный комплекс. На экране монитора АРМ может отображаться весь технологический процесс производства в виде мнемосхемы, при этом некоторые параметры отображаются в реальном времени посредством анимированных изображений, изменяющих свой цвет - в зависимости от состояния соответствующего параметра.

Помимо функций визуализации состояния технологического процесса, подобные системы обеспечивают регистрацию и архивацию значений технологических параметров, и выдачу сигналов тревог, визуальных и звуковых.

Архивные учетные данные будут полезны бухгалтерии цеха, так как дадут достоверные сведения о количестве, марках произведенного продукта и затраченном сырье. В небольшом цехе благодаря АРМ всеми процессами в цехе может управлять один оператор с одного места.

Частным случаем АСУ может служить автоматизированная система управления предприятием - комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и действий квалифицированного персонала, предназначенный для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия.

К категории АСУП принято относить реализацию методологий MRP (англ. Material Requirements Planning - планирование потребностей в материалах) и ERP (англ. Enterprise Resource Planning - планирование ресурсов предприятия).

MRP-системы позволяют на основе данных о запасах, комплектующих, объеме готовой продукции обеспечить наличие на складе, в производственных помещениях требуемые материалы, а также оценить потребность новых закупок. Таким образом, основная идея MRP-систем состоит в том, что любая учетная единица материалов или комплектующих, необходимых для производства изделия, должна быть в наличии в нужное время и в нужном количестве.

MRP-системы нет смысла широко использовать там, где есть равномерный спрос, большие размеры партий материалов и изготавливаемых номенклатурных позиций. Они редко применяются в таких сферах, как обслуживание, нефтепереработка, розничная торговля, транспорт и т. п.

MRP дает наибольший эффект в системах, имеющих длительный цикл обработки и сложное многоступенчатое производство, так как в этом случае планирование процесса изготовления продукции и управление запасами весьма сложны.

ERP-системы служат для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех основных бизнес-процессов и решения бизнес-задач в масштабе предприятия (организации). ERP-система помогает интегрировать все отделы и функции компании в единую систему, при этом все департаменты работают с единой базой данных и им проще обмениваться между собой разного рода информацией.

Обычно ERP-система включает в себя различные функциональные модули, например бухгалтерский и налоговый учет, управление складом, транспортировками, казначейство, кадровый учет, управление взаимоотношениями с клиентами. Различные программные модули единой системы ERP позволяют заменить устаревшие разрозненные информационные системы по управлению логистикой, финансами, складом, проектами. Вся информация хранится в единой базе данных, откуда она может быть в любое время получена по запросу.

В качестве примеров ERP-систем можно привести:

• - Microsoft Dynamics (http://www.microsoft.com/rus/dynamics/default.mspx)
• - Галактика ERP (http://galaktika.ru/);
• - Флагман (http://infosoft.ru/ru/).

Вплоть до 90-х годов прошлого века в нашей стране перспективным направлением развития АСУ являлось создание Общегосударственной автоматизированной системы управления (ОГАС), предусматривающей взаимную связь управления всеми административными, промышленными и др. объектами страны с целью обеспечения оптимальных пропорций развития народного хозяйства. Этим планом не удалось сбыться, однако в настоящее время АСУ внедрены во все отрасли народного хозяйства, например в промышленность, связь, транспорт и т.д.

Комплексная автоматизация производств пищевой, химической, целлюлозно- бумажной, металлургической, нефтяной, газовой и др. позволила оптимизировать такие важные показатели, как уровень безопасности персонала, защита окружающей среды, соответствие стандартам контроля качества. Внедрение автоматизации технологических процессов в промышленности приводит к снижению себестоимости продукции, а также максимальному повышению эффективности производства товаров массового потребления.

На примере автоматизации пищевой промышленности можно отметить, что расширение функциональных возможностей современных микропроцессорных систем в этой отрасли связано с появлением значительного количества различных видов (систем) отображения технологической информации; использованием динамических мнемосхем; получением графиков изменения технологических параметров за любой промежуток времени.

АСУ созданы и успешно функционируют в сахарной, хлебопекарной, дрожжевой, зерновой, молочной, мясной, масложировой отраслях пищевой промышленности.

Автоматизация на различных видах транспорта, прежде всего, облегчает и ускоряет все виды трудоемких работ в портах, на пристанях, станциях и аэродромах. Повышаются эффективность диспетчерских служб, безопасность и регулярность движения, качество обслуживания, улучшается использование транспортных единиц, снижаются эксплуатационные расходы.

Например, опытная эксплуатация автоматизированной системы управления специализированным транспортом городского хозяйства в г. Ярославле показала, что с ее помощью возможно:

• - автоматическое определение местоположения транспортных средств и отображение их на мониторе диспетчера с привязкой к плану (карте) местности;
• - автоматическое отслеживание отклонений от маршрута и графика движения с выдачей результатов диспетчеру;
• - выдача диспетчеру всех данных о любом обслуживаемом транспортном средстве, в том числе координат его местоположения, курса и скорости движения;
• - контроль расхода топлива и др.

В практикуме мы рассмотрим несколько примеров автоматизированных систем управления, применяемых на транспорте.

• 1. Сформулируйте общее определение понятия «управление системой». Что такое система?
• 2. В чем заключаются функции управления?
• 3. Что называют системой управления?
• 4. Назовите три основные сферы управления.
• 5. Что достигается благодаря автоматизации производственных процессов?
• 6. Опишите технологический процесс как объект.
• 7. Поясните разницу между автоматическими и автоматизированными системами.
• 8. Какова цель создания АСУ?
• 9. Что должна выполнять АСУ согласно существующим ГОСТам?
• 10. Какими свойствами должно обладать программное обеспечение АСУ?
• 11. Какие виды управления различают в зависимости от степени автоматизации? Приведите примеры.
• 12. Поясните разницу между простыми и сложными системами.
• 13. Поясните разницу между детерминированными и стохастическими системами.
• 14. Перечислите функции АСУ технологическими процессами.
• 15. Приведите примеры типовых проектов внедрения АСУ ТП.
• 16. Какие основные задачи системы управления цехом вы знаете?
• 17. Для каких целей используют АРМ?
• 18. На основе каких методологий реализованы автоматизированные системы управления предприятием? Приведите примеры.
• 19. Расскажите о внедрении АСУ в различные отрасли народного хозяйства страны.

Практикум

АСУ различного назначения, примеры их использования

Первая отечественная АСУ, предназначенная для массового обслуживания пассажиров в реальном масштабе времени, начала функционировать в 1972 г. под именем «Экспресс-1».

Если система «Экспресс-1» была предназначена для комплексной автоматизации билетно-кассовых операций в крупных железнодорожных узлах, то АСУ «Экспресс-2» (1982 г.) управляла продажей билетов и пассажирскими перевозками в масштабе регионов, выделяемых на сети железных дорог. В регион сети, обслуживаемый одной АСУ «Экспресс-2», входила территория одной или нескольких железных дорог.

Через АСУ «Экспресс-2» были автоматизированы все процессы управления продажей билетов с учетом транзитных поездов, организована продажа мест через бюро заказов по телефону. Используемые в «Экспресс-2» ЕС ЭВМ к середине 1990-х гг. не могли уже отвечать современным требованиям. Развитие вычислительной техники, Интернета поставили перед железнодорожниками задачу модернизировать вычислительную сеть «Экспресс». Эта задача была успешно решена, и с 2002 г. на железных дорогах начала работать система «Экспресс-3».

На базе АСУ «Экспресс» разработаны и внедрены четыре подсистемы:

• - автоматизированная справочно-информационная система «Экасис» предназначена для получения всеми пользователями системы «Экспресс» справочной информации по всем вопросам, связанным с проездом пассажиров по железным дорогам;
• - автоматизированная система управления багажной работой «ЭСУБР» решает задачи, связанные с автоматизацией оформления перевозочных и грузобагажных документов;
• - автоматизированная система управления эксплуатацией и ремонтом парка пассажирских вагонов «АСУПВ» включает задачи по вводу и корректировке данных о пассажирском вагонном парке, анализу и планированию ремонтов вагонов пассажирского парка;
• - система управления пассажирскими перевозками «АСУЛ» выдает информацию о выполнении основных показателей, связанных с пассажирскими перевозками.

Таким образом, АСУ «Экспресс» в пассажирском хозяйстве является не только системой продажи билетов и резервирования мест, но и механизмом, с помощью которого можно решать самые разнообразные проблемы в области управления пассажирскими перевозками.

Перейдем на сайт АСУ «Экспресс» по адресу http://express-3.ru/. Главная страница сайта показана на рис. 88.

Рис. 88.

Проверим наличие мест по направлению Москва-Орел. Для ознакомления с возможностями программы необязательно проходить регистрацию абонента, можно ввести логин demo, пароль demo. Итак, поля От и До заполним согласно рис. 89.

Нажав кнопку Запрос, мы попадаем в окно Наличие мест, где следует заполнить поля согласно рис. 90.

В результате поискового запроса мы получили информацию о количестве мест в двух поездах (рис. 91), следующих до города Донецк, но делающих остановку в городе Орел. Как видно из запроса, в первом поезде есть только 48 верхних мест в купе, нижние места отсутствуют, а во втором поезде есть 26 нижних мест в купе.

Рис. 89.

Рис. 90.

Рис. 91.

Более подробную информацию пользователь может получить, нажав на ссылку, обозначающую номер поезда - 009М. Откроется окно, представленное на рис. 92, из которого можно получить сведения о типе вагона, стоимости билета, а также информацию по каждому вагону о наличии нижних и верхних мест.

Рис. 92.

С помощью АСУ «Экспресс-3», функционирующей на сайте Российские железные дороги (РЖД) по адресу http://rzd.ru/, можно не только посмотреть информацию о наличии свободных мест на различные железнодорожные направления, но и сделать заказ билетов.

Перейдем на сайт РЖД и сделаем щелчок на ссылке «Расписание, наличие мест, стоимость билетов». Откроется окно Расписание и наличие билетов, представленное на рис. 93.

Самостоятельно заполните форму и нажмите кнопку Расписание. На

Рис. 93.

Вернемся на главную форму и, указав дату отправления поезда, щелкнем по кнопке Наличие мест. Для просмотра более подробной информации и стоимости проезда выберем поезд из предложенного списка и нажмем кнопку Продолжить. Результат запроса представлен на рис. 95.

Рис. 94.

Рис. 95.

Как видно из результатов запроса, мы полностью информированы не только о стоимости проезда, но и о количестве верхних и нижних мест в купе или плацкарте.

Далее следует согласиться с правилом о том, что мы ознакомлены с особенностями оформления проездного документа через Интернет, поставив соответствующий флажок, и нажать кнопку Оформить заказ. Далее после прохождения процесса регистрации на сайте РЖД мы сможем заказать билет на нужное направление.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Расскажите об эволюции АСУ «Экспресс».
• 2. Какие подсистемы на базе АСУ «Экспресс» были разработаны и внедрены? Какие задачи они решают?
• 3. С помощью сайта http://express-3.ru/ проверьте наличие мест на одном из направлений пассажирских перевозок, указанном преподавателем. Выполните скриншоты всех действий. Результат вышлите на адрес электронной почты преподавателя.
• 4. Используя сайт Российских железных дорог http://rzd.ru/, осуществите виртуальный заказ билета на определенное направление, указанное преподавателем. Последний шаг, приводящий к реальному заказу, не выполняйте. Выполните скриншоты всех действий. Результат вышлите на адрес электронной почты преподавателя.
• 5. С помощью сети Интернет найдите примеры реализации АСУ, которые позволяют существенно облегчить повседневную жизнь человека. Опишите процесс действий с найденными АСУ.

Автоматизированная система управления (АСУ) комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п.

Создателем первых АСУ в СССР является доктор экономических наук, профессор, член- корреспондент Национальной академии наук Белоруссии, основоположник научной школы стратегического планирования Николай Иванович Ведута ().

Важнейшая задача АСУ - повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процесса управления. Различают АСУ объекты и функциональные автоматизированные системы, например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д. В состав АСУ входят следующие виды обеспечений: информационное, программное, техническое, организационное, метрологическое, правовое и лингвистическое.

Основными классификационными признаками, определяющими вид АСУ, являются: сфера функционирования объекта управления (промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная сфера и т.д.) вид управляемого процесса (технологический, организационный, экономический и т.д.); уровень в системе государственного управления, включения управление народным хозяйством в соответствии с действующими схемами управления отраслями (для промышленности.

Функции АСУ в общем случае включают в себя следующие элементы (действия): планирование и (или) прогнозирование; учет, контроль, анализ; координацию и (или) регулирование. Классы структур АСУ В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы структур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.

Виды АСУ: Автоматизированная система управления технологическим процессом решает задачи оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте Автоматизированная система управления производством решает задачи организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику. Осуществляет краткосрочное планирование выпуска с учётом производственных мощностей, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса.