РАЗДЕЛ 2
СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР АСУ
ОДНОРОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ
ИНТЕГРАЛЬНОГО МЕТОДА
2.1. Сущность и задачи синтеза структуры систем
В течение последних десятилетий во все возрастающем темпе происходит
усложнение структуры систем управления технологическими процессами в
горнорудной промышленности. Это относится как к системам обработки информации и
управления различными производственными процессами, так и к структуре самих
систем. Разработка научных методов управления сложными комплексами, включая
такие задачи, как выбор структуры системы управления, целей и методов
управления в каждой структурной ячейке системы на всех уровнях иерархии, - одна
из основных проблем науки управления.
Структура, как известно, - это способ организации целого из составных частей.
Эффективность структуры определяется количеством, значением, формой и
содержанием ее составных частей, а также местом, которое они занимают в целом,
и существующими между ними отношениями [140, 141].
Под проблемой синтеза структуры системы обычно понимается:
1. Анализ структуры управляющей системы, т. е. определение оптимального состава
и взаимосвязей элементов системы, оптимальное разбиение множества управляемых
объектов на отдельные подмножества, обладающие заданными характеристиками
связей.
2. Синтез структуры управляющей системы:
а) выбор числа уровней и подсистем (иерархии системы);
б) выбор принципов организации управления, т.е. установление между уровнями
правильных взаимоотношений, что связано с согласованием целей подсистем разных
уровней и оптимальным составом;
в) выбор состава элементов системы и взаимосвязей между ними.
Задачи синтеза структуры тесно взаимосвязаны с задачами оптимизации
функционирования систем.
Под структурой управления в АСУ технологическими процессами понимается схема,
задающая, во-первых, распределение технологических процессов комплекса по
группам, составляющим подсистемы различных уровней, с подчинением подсистем
данного уровня подсистемам вышестоящего уровня; во-вторых, распределение
функций управления и соответствующих им алгоритмов по подсистемам [2, 37, 56,
144].
Обычно оптимизация функционирования систем проводится для заданной совокупности
узлов и взаимосвязей между ними. В задачах другого вида для заданного
возможного набора функций определяется оптимальный состав узлов системы и
взаимосвязи между ними, а также распределение выполняемых функций по узлам
системы [21, 52, 80, 88, 91].
Как правило, возникают три класса задач синтеза структуры сложных систем:
- синтез структуры при заданных функциях и алгоритмах функционирования системы;
- синтез функций, алгоритмов функционирования и правил поведения элементов
заданной иерархической системы [50, 99, 144];
- синтез структуры сложных систем, включающий как оптимизацию функционирования
систем, так и распределение функций по узлам системы и выбор их состава.
Данная работа посвящена первому классу задач, как наиболее характерному для
систем управления технологическими процессами в горнорудной промышленности.
Структуру систем можно классифицировать:
- по числу уровней иерархии - одноуровневые и многоуровневые;
- по принципам управления и подчиненности - децентрализованные,
централизованные и смешанные.
В централизованной системе задания отдельным элементам системы выдаются лишь
одним элементом более высокого уровня.
Среди систем управления в горной промышленности наиболее распространены системы
с иерархической структурой. Их характерными особенностями являются:
автономность отдельных управляемых подсистем (каждая из них управляет
ограниченным числом подсистем); управление подсистемами происходит при неполной
информации (т.е. подсистеме более высокого уровня могут быть неизвестны цели и
ограничения нижестоящих подсистем); уплотнение (агрегатирование) информации при
движении вверх по иерархии; наличие целей управления для каждой подсистемы и
общей цели для всей системы; взаимовлияние подсистем из-за наличия общих
ограничений.
В зависимости от постоянства числа элементов системы и связи между ними
различают системы с жесткой (фиксированной) и гибкой изменяемой (управляемой
или переменной) структурами.
2.2. Постановка задачи
В существующей литературе, как отмечено выше, вопросы синтеза функциональных
структур систем управления однородных объектов с переменным составом
функциональных требований разработаны либо в общих понятиях и категориях,
которые затрудняют их конкретное применение, либо в понятиях и категориях
некоторых конкретных АСУ, которые не позволяют распространить их на АСУ другого
функционального назначения.
Задача разработки КТС АОО заключается в необходимости синтеза его
функциональной оптимальной структуры с учетом неоднородного состава множества
объектов автоматизации.
В процессе структурного синтеза, как известно, необходимо определить основные
функциональные и конструктивные модули системы, возможные варианты их
функциональной и конструктивной интеграции (дифференциации).
КТС АОО, как сложная система, должен оцениваться, используя системный подход,
сущность которого заключается в комплексном едином рассмотрении всех частей
системы и их сочетании.
Последовательность решения представленной задачи состоит в следующем:
1) Выполняется анализ ООУ, в ходе которого определяются иерархические
технологические уровни ООУ и определяются иерархические уровни управления
(построение и исследование сложной модели). При этом необходимо учитывать
технологические особенности управления, традиции, технические возможности и
экономические предпосылки создания систем автоматизации однородных объектов.
2) Выполняет
- Київ+380960830922