Склад, структура, принципи побудови і функціонування АСУ
Кожна система управління має організаційну форму, яка знаходить свою реалізацію в структурі.
Під структурою управління розуміють сукупність частин автоматизованої системи, на які вона може бути поділена за певними ознаками, а також шляхи передачі (зв’язки) дій між ними.
Графічне зображення структури управління називають структурною схемою.
Структура автоматизованої системи управління визначається:
- кількістю елементів, що утворюють систему;
- кількістю зв’язків між елементами та їх характером (напрямки зв’язків, час обміну інформацією, способи взаємодії між елементами при передачі інформації);
- кількістю функцій, що виконуються елементами;
- ступенем впливу функцій, що виконується елементами;
- ступенем впливу функцій, що виконуються елементами на функції всієї системи;
- кількістю і характером взаємодії підсистем.
В кожній функціональній системі постійно відбувається енергетичний та інформаційний обмін між елементами і підсистемами. Цей обмін є формою функціонування (і існування) системи. Але основою, на якій будується функціонування системи є її структура.
Структура САУ характеризує її склад, співвідношення і зв’язки між елементами і підсистемами будується на таких принципах:
1. Структура САУ повинна мати мінімальну можливу кількість ієрархічних ступенів, відповідати цілям управління і забезпечувати максимізацію критеріїв ефективності.
2. САУ має бути адаптивною, тобто мати спосібність змінювати свою структуру в певних межах у відповідності з змінною загальних і приватних цілей, критеріїв ефективності, умов в яких здійснюється управління, якості окремих елементів (люди, технічні засоби, час тощо) і накопичення досвіду функціонування (самовдосконалення).
3. Структура системи повинна забезпечувати задану живучість, тобто мати можливість функціонування при її частковому розрушенні.
4. Об’єм структури повинен бути оптимальним за кількісним складом його елементів. Слід зауважити, що при необґрунтованому збільшенні об’єму (наприклад, збільшується кількість підрозділів) структура стає важко керованою.
5. За виконанням кожної елементарної функції має відповідати один працівник органа управління. При поєднанні декількох елементарних функцій управління в одну укрупнену всі виконавці елементарних функцій повинні бути підпорядковані виконавцю укрупненої функції.
6. Структура системи повинна забезпечувати найкоротші шляхи проходження інформації з урахуванням вибіркового (адресного) обслуговування, ступеню повноти і достовірності відомостей, які передаються.
7. Структура АСУ повинна забезпечувати оптимальний ступінь централізації управління; це створює умови для раціональної спеціалізації і ефективного використання технічних засобів.
Структура управління складними системами, як правило, мають ієрархічний (багаторівневий) характер, що характеризується наявністю підсистем, які об’єднані рівнями управління, з упорядкуванням нижчих рівнів верхнім, з виділенням функцій кожного рівня та елемента в кожному рівні. На рис. 2.2 наведена схема трьохрівневої структури.
В ієрархічній системі управління кожен елемент більш вищого рівня підпорядковує не менш ніж два елементи (підсистеми) більш низького рівня. Об’єми інформації, які обробляються на кожному рівні і передаються у вищий рівень, узагальнюють і містять відомості характеризуючи стан підсистеми в цілому.
Ієрархічна будова складної системи забезпечує її підвищену стійкість до зовнішніх збурень, дозволяє ліквідувати локальні конфліктні ситуації, що виникають в підсистемах і відповідає основним умовам погодження локальних елементів системи з її глобальними цілями.
В різних галузях існують різні типові структури: патріархальні, лінійні, багатозв’язкові, програмно-цільові та інші.
Для прикладу наведемо типові структури систем управління, що можуть бути (існувати) в межах одного рівня управління:
1. Радіальна структура, в якій кожний об’єкт управління (ОУ) з’єднаний з управляючим органом УО самостійними лініями зв’язку (рис.2.4)
2. Ланцюгова структура, в якій всі об’єкти управління зєднуються з управляючим органом за допомогою однієї загальної лінії зв’язку(рис.2.5).
3. Древовидна структура, в якій реалізується поєднання об’єктів управління з управляючим органом частково самостійними лініями зв’язку, а частково загальними лініями зв’язку(рис.2.6).
4. Функціонально-матрична структура системи управління (організаційно-адміністративного), яка реалізує подвійне підпорядкування виконавців (виконавчий орган). Виконавчий орган поєднується зв’язками з двома керівними органами (управляючими органами).
При визначенні структури системи для АСУ аналізуються тільки найбільш суттєві властивості об’єкта, які впливають на систему в цілому і визначають особливості взаємодії даного об’єкта з іншими. Структура АСУ повинна задовольняти вимогам, що представляються до управління. Основні з них формулюються так: поетапне створення АСУ, технічна реалізуємість АСУ, можливість адаптації АСУ до організаційних змін.
В загальному вигляді структуру АСУ можна представити як систему, яка містить чотири елементи (підсистеми): об’єктивно необхідної функції управління, структура підрозділів апарата управління; виробничо-економічної інформації; технічних засобів перетворення інформації.
Великі об’єми інформації у сучасних системах управління при складних алгоритмах вирішення задач управління в об’єкта АПК обумовили дуже складну структуру АСУ.
Відповідно до основних принципів теорії складних систем АСУ можна визначити, як сукупність підсистем. Підсистема АСУ визначається, як частина автоматизованої системи управління, яка виділена за структурною або функціональною ознакою та відповідає конкретним цілям і задачам.
Виходячи з принципів ієрархічної декомпозиції (розділення системи на окремі частини-елементи) у складі АСУ виділяються дві основні підсистеми: забезпечуючи та функціональні.
Забезпечуючи системи. Забезпечуючи система АСУ – це сукупність технічних та інформаційних засобів, прийомів і методів їх використання, організаційного і правового регулювання відношень в системі. Забезпечуючи частина АСУ складається з інформаційного, програмного, математичного, лінгвістичного, технічного, організаційного та правового забезпечення.
АСОД – автоматизована система обробки даних – людинно-машинна обчислювальна система, що забезпечує в процесі функціонування обмін інформацією з користувачем, або здійснює машинну обробку даних при рішенні комплексів задач, коли результати рішення однієї задачі є сигналом до автоматичного переходу на рішення наступної задачі або формування носіїв результуючої інформації.
ІЄРАРХІЧНА СТРУКТУРА
Структура (організаційна) управління для різних підприємств може бути від однорівневої до багаторівневої.
|
|
|
|
III
II
I
I. На першому рівні вирішуються задачі управління технологічними процесами, що реалізуються засобами АСУТП.
II. На другому рівні вирішуються задачі управління цехом, фермою; з I рівня на II регулярно передається інформація про стан обладнання і якість продукту; з II на I передаються нові значення технологічного регламенту, критерії функціонування.
III. На III рівні вирішуються задачі управління в межах всього підприємства. III рівень є координуючим органом підприємства. У його функції входить загальна стратегія управління на основі інформації отриманої з II та I рівнів.
ІЄРАРХІЧНА СТРУКТУРА УПРАВЛІННЯ
Під структурою управління розуміють сукупність частин автоматизованої системи, на які вона може бути поділена (декомпозиція) за певною ознакою, а також шляхи передачі дій між ними.
Графічне зображення структури управління називається структурною схемою.
Для різних підприємств (виробництв) структура управління може бути і однорівневою і дворівневою.
Структура – це сукупність зв’язків між елементами системи, що відтворюють (віддзеркалюють) їх взаємодію (structura – будівля, порядок, поміщення лат.)
Сутність ієрархічної структури системи (управління) полягає у багаторівневості системи за умови, що у кожної підсистеми певного рівня існує підпорядкована їй підсистема, або безпосередньо, або для підсистеми, що розміщені нижче рівня ієрархії, через проміжні підсистеми, а дана підсистема може бути підпорядкована вище стоячій підсистемі. Множина всіх підсистем, вище стоячих та підпорядкованих по відношенню до даної називають її вертикаллю, а підсистеми, що належать до одної вертикалі – співпорядкованими.
Зв’язки між підсистемами одного рівня називають – горизонталлю ієрархічної структури.
Під ієрархічною структурою розуміють такий спосіб будови (розділення, розчленування) множини об’єктів на підмножини, при якому між підмножинами, що утворюються встановлюються відношення співпорядкованості.
АСУП(В)
Класична схема підприємства включає в себе поняття виробничого процесу, яки є сукупністю усіх дій людей і засобів виробництва, спрямованих на виготовлення продукції. В свою чергу, сукупність дій людей і засобів виробництва – є вид технологічного процесу: основного, допоміжного або обслуговуючого. Графічне зображення елементів виробничого процесу дано на рис.
|
|
|
|
|
|
|
|
АСУТП – управляють технологічним процесом.
Система ЕАМ (Enterprise Assets Management) – управління основними фондами.
Система HRM (Human Resource Management) – система управління персоналом – управління людськими ресурсами.
Система MES` (Manufacturing Execution System) – система виконання виробничих завдань – управління виробничими процесами.
Системи класів MES, EAM, HRM – входять в комплекс задач управління підприємством – АСУП. А разом з системою АСУТП – вони утворюють єдиний комплекс автоматизації промислового або с/г підприємства.
АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ДЛЯ ОБ'ЄКТІВ АПК
Аналіз реальних систем керування (АСУ) на різних об'єктах АПК, сформованих у рамках конкретної виробничої діяльності людини, опирається на об'єктивні критерії, вибір яких залежить від специфіки цих систем і вимог, які до них пред'являються.
Як правило, зазначені АСУ відрізняються випадковими параметрами, для яких відомі тільки області виміру, але не відомі закони розподілу ймовірностей станів (наприклад, станів біогеоценозів, природних ландшафтів і екосистеми в цілому). У цьому випадку дослідники прибігають до моделювання реальних технологічних процесів, зокрема, до використання систем масового обслуговування (СМО) різних типів.
Як відомо, кожна СМО може нормально функціонувати, якщо вона містить наступні компоненти [1]:
вхідний потік вимог (моменти надходження вимог у систему);
систему обслуговування (накопичувач і вузол обслуговування);
час обслуговування вимоги кожним виконавчим механізмом (ВМ);
дисципліну очікування (сукупність правил, що регламентують кількість вимог, що перебувають у той самий момент часу в системі);
дисципліну черги (сукупність правил, відповідно до яких вимога віддає перевагу тій або іншій черзі й розташовується в обраній черзі);
дисципліну обслуговування (сукупність правил, відповідно до яких вимога вибирає ВМ, яким воно буде обслужене).
У практиці агропромислового виробництва для СМО, що проробили досить тривалий час, найбільший інтерес представляють наступні ймовірнісні характеристики:
Рq - ймовірність того, що в системі обслуговування q вимог, причому
0 < q ≤qmax, (1)
де qma х - максимально можлива кількість вимог у системі;
математичне очікування числа вимог у системі обслуговування
(2)
математичне очікування числа вимог у накопичувачі
(3)
математичне очікування числа вимог у вузлі обслуговування
(4)
математичне очікування числа вільних ВМ
(5)
В цьому випадку:
(6)
Експлуатація СМО для розподілу рідинного або газового середовища по незалежних об'єктах споживання АПК показала, що математичне очікування (МО.) кількості вимог, що покинули систему за одиницю часу, дорівнює математичному очікуванню числа вимог, що надійшли в систему за одиницю часу, тобто 
.
У цьому випадку МО часу очікування в накопичувачі вимоги обслуговування
(7)
а МО. часу перебування вимоги в системі
(8)
Застосування СМО для розподілу робітничих середовищ на об'єктах АПК дозволяє також встановити залежність ймовірнісних характеристик цих систем від щільності потоку вимоги, продуктивності ВМ, їхньої кількості й визначити основні економічні показники.
Так, наприклад, можна визначити найменшу повну вартість - З одиниці часу очікування обслуговування вимогами в накопичувачі й простою ВМ:
(9)
де С1 - вартість одиниці часу очікування однієї вимоги; С2 - вартість одиниці часу простою одного ВМ.
Таким чином, основні характеристики СМО на об'єктах АПК визначаються за допомогою формул (1) ... (8) ймовірностями Pq перебування в системі q вимог.
При цьому обчислення ймовірностей Рq (математичний опис процесу функціонування СМО) будується, як правило, на базі математичної статистики й теорії випадкових функцій [2].
У період усе більше широкого впровадження в агропромислове виробництво ринкових відносин керування даними в обчислювальному експерименті (наприклад, при випробуванні або діагностуванні складних мобільних об'єктів) є одним з основних методів дослідження й проектування складних техніко-економічних об'єктів (у тому числі й СМО) за допомогою ЕОМ.
Такий обчислювальний експеримент містить у собі сукупність великої кількості взаємозалежних досліджень і розрахунків по, різним програмам, а кожний розрахунок - переробку великого обсягу інформації.
Тому необхідна, на наш погляд, розробка моделі керування сукупністю більшої кількості потоку даних у неоднорідній зовнішній пам'яті ЕОМ, на основі якої розробляється архітектура й функціональна структура системи керування даними для багатомашинного обчислювального комплексу.
При цьому велика увага повинне приділятися проблемі надійності керування даними, що викликано високою відповідальністю одержуваних у розрахунках даних, обумовленої економічними причинами й необхідністю вибору оптимальних і безпечних варіантів створюваних об'єктів АПК. На нашу думку, ця проблема може вирішуватися двома шляхами:
захистом даних від збурювань;
забезпеченням відновлення даних при їхньому перекручуванні або знищенні в результаті збурювань.
Із цією метою й досліджуються моделі систем керування даними. При цьому визначаються фактори, які впливають на надійність систем, а також уразливі процеси й компоненти цих систем. Крім того, описуються:
реалізація обраного підходу для дослідження СМО;
алгоритми й заходи, покликані забезпечити оптимальну надійність керування даними проведеного експерименту.
Постійно зростаюча складність науково-технічних розрахунків, пов'язана з підвищенням значимості розв'язуваних завдань [3], вимагає розвитку структури обчислювальних засобів, оснащення їхніми новими пристроями зовнішньої пам'яті з різними можливостями пошуку й вибірки даних, організації нових форм взаємодії користувача з обчислювальною системою, а також удосконалювання технології зберігання даних і звертання до них.
Все раніш згадане пред'являє до систем керування даними при розробці й дослідженні СМО ряд вимог, без обліку яких немислимо задовільне рішення поставленого завдання. Ускладнення розв'язуваних завдань, збільшення обсягу й необхідність удосконалювання структур оброблюваних даних, масовість рішення цих завдань і інформаційний взаємозв'язок між ними вимагають: організації тривалого зберігання бази даних більших обсягів і різноманітних структур; подання засобів класифікації й пошуку даних по різних ознаках; забезпечення одночасного використання загальних даних декількома завданнями; різного подання даних у прикладній програми ЕОМ; уніфікації способу доступу до даних; відносної простоти спілкування із системою при передачі даних на зберігання або звертанні до них.
Власне обчислювальний експеримент повинен складатися з наступних основних етапів:
вибору фізичного наближення й формулювання математичної моделі; апроксимації математичної моделі й розробки обчислювального алгоритму; створення програми, що реалізує обчислювальний алгоритм; проведення розрахунків на ЕОМ і одержання результатів;
аналізу результатів, порівняння з фізичним експериментом і уточнення моделі;
повторення (якщо буде потреба) перерахованих етапів до тих пір, поки не буде отриманий позитивний результат.
При цьому вдосконалення обчислювального експерименту характеризується двома основними тенденціями:
ускладненням окремих завдань, що приводить до створення безлічі програм (кожна з яких відповідає, якій це частині поставленого завдання), об'єднання яких представляє завдання в цілому;
комплексним і взаємозалежним рішенням завдань, що приводить до створення певних комплексів і мереж програм.
Таким чином, задачам, розв'язуваним при проведенні обчислювального експерименту по дослідженню СМО на об'єктах АПК [4], властиві наступні властивості: масовість (визначається більшим числом розрахунків); часта змінюваність (обумовлена необхідністю постійного уточнення моделі); зв'язаність (обґрунтована необхідністю розкладання складних завдань на окремі складові).