Системы управления википедия

Субъект управления

Назначение субъекта управления — обеспечить свойство управляемости системы в целом.

Управляемость — способность системы воспринимать управляющее воздействие и реагировать на него соответствующим образом.

Субъекты управления — центры активности, центры ответственности.

Субъект управления — это руководитель, коллегиальный орган или комитет, осуществляющий управленческое воздействие. Руководителем может быть как формальный, так и неформальный лидер коллектива. В свою очередь, субъект управления может быть и объектом у правления (для вышестоящих руководителей).

Главная цель функционирования субъекта управления — выработать управленческое решение, которое обеспечивает эффективность функционирования системы в целом.

Цели субъекта управления рассматриваются на 2 уровнях:

на интегративном уровне — субъект управления функционирует для того, чтобы привести систему к поставленным перед ней целям, поэтому степень достижения целей системы в целом является критерием эффективности функционирования субъекта управления;
на локальном уровне (на уровне самой системы).

Требования к субъекту управления:

субъект управления должен реализовывать закон необходимого разнообразия (количественная сторона);
система управления должна иметь все те свойства и характеристики, которые присущи кибернетической системе (данные требования характеризуют качественную сторону):
- единство;
- целостность;
- организованность;
- эмерджентность.
субъект управления должен быть принципиально активным, который знает цели, знает пути их достижения и постоянно генерирует функции. Принципиально активная система состоит из активных элементов;
система управления должна быть всегда центром ответственности;
субъект управления должен быть законопослушным;
субъект управления должен быть более высокого социально-культурного уровня по отношению к внешней среде, чтобы быть способным адекватно реагировать на воздействие внешней среды и влиять на развитие этого уровня;
субъект управления должен иметь более высокий по отношению к объекту творческий и интеллектуальный потенциал.

система целей управления;
функциональная модель системы управления;
структурная модель;
информационная модель;
модель коммуникаций (системы отношений);
модель эффективности;
механизм управления;
операционная (технологическая) модель.

Механические средства сбора и отображения информации

Если системой предусмотрен сбор и обработка информации с участием человека, в неё включаются различные регистраторы, которые позволяют получать исходные данные непосредственно с рабочих мест. Сюда же относятся всевозможные температурные датчики, таймеры, измерители количества произведённых деталей и прочее подобное оборудование. Монтируются также автоматические фиксаторы отклонений в производственном процессе, которые регистрируют и передают в систему сведения об отсутствии материалов, инструментария, транспортных средств для отправки изготовленных продуктов, а также неправильности в работе станков. Подобная аппаратура устанавливается не только в производственных помещениях, но и на складах для хранения сырья и готовой продукции.

К средствам отображения данных относятся все устройства, позволяющие вывести информацию в наиболее доступном для человека виде. Сюда относятся всевозможные мониторы, табло и экраны, печатающие устройства, терминалы, индикаторы и пр. Эти устройства связаны напрямую с центральным процессором вычислительной машины и могут выдавать информацию либо регламентировано, либо эпизодически – по запросу оператора или же в случае возникновения аварийной ситуации.

В состав технической базы автоматизированных систем управления входят также разнообразные виды оргтехники, контрольно-измерительные и учётные приборы, которые обеспечивают нормальное функционирование основных технических узлов.

Основные принципы АСУ

Впервые принципы действия автоматизированных систем управления, порядок их разработки и создания были сформулированы В.М. Глушковым.

Принцип новых задач. Назначение АСУ – решение новых управленческих задач, а не механизация системы управления как таковая. Конкретный состав таких задач зависит от конкретного объекта, который подлежит управлению. Если речь идёт о системе автоматизированного управления целой отраслью промышленности, на первый план выходит задача согласования синхронизации работы всех задействованных звеньев, перспективы и планирование.
Принцип системного подхода. Проектировка АСУ основывается на системном подходе как к анализу объекта, так и к процессам управления. В этом случае глубокому системному анализу подлежат не только технические вопросы, но и экономические, и организационные. Таким образом, внедрение АСУ предоставляет возможность оптимизировать экономические и производственные показатели.
Принцип первого руководителя. Вся разработка и утверждение требований к системе, а также процесс внедрения её на практике относятся к сфере компетенции основного руководителя объекта – например, министра или директора предприятия.
Принцип непрерывного развития. Математическое и программное обеспечение автоматизированной системы управления должно быть выстроено таким образом, чтобы при необходимости можно было легко внести изменения в системные процессы и критерии управления.
Принцип единства информационной базы. На автоматических носителях постоянно происходит накопление и обновление информации, которая необходима как для решения отдельных узких задач, так и для проведения управленческого процесса в целом. При этом нецелесообразное дублирование каких-либо данных в системе исключается. Обработка информации должна производиться таким образом, чтобы любая вновь поступающая информация о каких-либо изменениях в кратчайшие сроки вводилась в базу данных и обрабатывалась оптимальным образом.
Принцип комплексности задач и рабочих программ. Практически все технические и программные процессы взаимосвязаны между собой, поэтому не могут рассматриваться как отдельно существующие единицы. Попытка решать такие задачи по отдельности может привести к существенному снижению эффективности процесса в целом.
Принцип типовой разработки

При разработке конкретной автоматизированной системы очень важно, чтобы она оказалась подходящей для максимального количества целей и была востребована многими заказчиками. Каждая система должна быть до определённых пределов типизирована, но при этом не приводить к усложнению решений для потребителя

Виды воздействий

Характер воздействия и его величина существенно влияют на работу САР. Приложенные к САР воздействия, представляющие собой непрерывно изменяющиеся функции времени, закон изменения которых точно предугадать невозможно. Однако для каждой конкретной системы можно подобрать наиболее типичное воздействие или же наиболее неблагоприятное. После выбора такого воздействия или воздействий можно приступать к анализу динамических свойств данной системы. Типичные виды воздействий показаны ниже:

Довольно распространен типичный сигнал в виде скачка или единичного воздействия (рисунок а)). Например, такой тип сигнала может возникать при резком сбросе или набросе нагрузки в системе электропривода.

Также одним из типичных сигналов является δ-функции (рисунок б)). Это импульс произвольной формы и малой продолжительности, по сравнению с ожидаемым временем переходного поцесса.

Например, в реальных условиях это может произойти в случае внезапного вхождения самолета в струю воздуха, который движется перпендикулярно его направлению. Также можно δ-функцию рассматривать как производную от ступенчатой единичной функции.

Довольно часто используют типовые управляющие сигналы при исследовании следящих систем имеющих вид:

Частные случаи такого воздействия могут принимать вид:

Данное выражение будет соответствовать изменению сигнала управления с постоянной скоростью, как показано на рисунке в), кривая 1.

Это уравнение будет описывать изменение с постоянным ускорением сигнала управления показанного на рисунке в) кривой 2.

Когда исследуют некоторые из следящих систем (управление антенной радиолокационной станции), могут использовать в качестве типового сигнала выражение g(t) = arctgβt. Данное выражение представляет из себя закон изменения азимутного угла (рисунок г)).

В некоторых отдельных случаях воздействия типовые могут иметь очень сложную форму, которую можно определить только с помощью эксперимента.

При статическом отклонении не равном нулю переходные процессы можно разделить на:

Колебательные (кривая 1), их характеризует наличием двух или более перерегулирований;
Малоколебательные (2), имеют только одно перегулирование;
Процесс без перерегулирования (3), его выражает отклонение регулируемой величины в переходном режиме не более заданной величины, то есть справедливо условие x(t) ≤ x (∞) при всех t (с точностью до Δ);
Монотонные процессы (4). Их характеризуют тем, что в течении всего переходного процесса величина знака регулируемой величины остается неизменной, то есть выполняется условие:

Где Т – время переходного процесса.

В случае, когда возмущающее воздействие будет постоянно расти, то аналогично ему будет расти и ошибка регулирования. Поэтому следует рассматривать максимальную и установившуюся ошибку величины, подлежащей регулированию, от установившегося значения.

Но иногда работать система может в таких условиях, что само понятие «переходного» процесса потеряет смысл. Это бывает в случаи наличия шумов или помех в каналах САР, как это показано ниже:

Как пример можно привести следящую систему управления антенной радиолокационной станции. На сигнал входа, который будет воспроизводить закон движения цели, действуют флюктуации (помехи), которые представляют собой быстро

меняющиеся случайные функции времени. Флюктуации будут создаваться коэффициентом отражения самолета, который в свою очередь будет зависеть от качки и рыскания, а также от неоднородности поверхности отражения. При анализе таких воздействий заменить их на типовые воздействия не представляется возможным, невозможно и пренебречь ими, так как от них будет зависеть общая ошибка всей системы. При этом стандартные показатели качества, такие как перерегулирование, число колебаний, статическая ошибка, время переходных процессов просто теряют смысл. Значение сохранит только максимальное отклонение x_max регулируемой величины, которое будет характеризовать динамическую точность, или же среднее значение х за достаточно большой промежуток времени.

Также наряду с требованиями к динамическим показателям САУ существуют и требования к условиям их эксплуатации. Эти требования играют решающую роль в выборе элементов системы регулирования.

Еще при проектировании систем автоматического управления необходимо учитывать такие факторы как экономическая эффективность регулирования, расход энергии на управление, окупаемость и стоимость оборудования.

Функции управления

Функция управления — это вид трудовой деятельности человека, направленный на уравновешивание состояния организации с внешней средой, вступая при этом в систему управленческих отношений (см. также Функции менеджмента).

По этим признакам можно выделить две основные группы функций управления:

общие функции управления — это функции, которые определяют вид управленческой деятельности независимо от места её проявления;
конкретные функции — это функции, которые определяют направленность труда человека на конкретный объект. Они зависят от организации, направлений её деятельности. Конкретные функции управления возникают в результате горизонтального разделения труда.

К общим функциям управления относятся:

планирование;
организация;
координация;
мотивация;
контроль.

Функция планирования предполагает решение о том, какими должны быть цели организации и что должны делать члены организации, чтобы достичь этих целей. Планирование — это один из способов, с помощью которого руководство обеспечивает единое направление усилий всех членов организации для достижения общих её целей.

Назначение планирования как функции управления состоит в стремлении заблаговременно учесть все внутренние и внешние факторы, обеспечивающие благоприятные условия для нормального функционирования и развития предприятий (подразделений), входящих в фирму. Эта деятельность опирается на выявление и прогнозирование потребительского спроса, анализ и оценку ресурсов, перспектив развития хозяйственной конъюнктуры.

Организовать — значит создать некую структуру. Существует множество элементов, которые необходимо структурировать, чтобы организация могла выполнять свои планы и тем самым достигать своей цели.

Поскольку в организации работу выполняют люди, другим важным аспектом функции организации является определение того, кто именно должен выполнять каждое конкретное задание. Руководитель подбирает людей для конкретной работы, делегируя отдельным людям задания и полномочия или права для использования ресурсов организации. Эти субъекты делегирования принимают на себя ответственность за успешное выполнение своих обязанностей.

Координация как функция менеджмента представляет собой процесс, направленный на обеспечение пропорционального и гармоничного развития различных сторон (технических, финансовых, производственных и других) объекта управления при оптимальных для данных условий трудовых, денежных и материальных затрат.

По способу осуществления координация может иметь вертикальный или горизонтальный характер.

Координация по вертикали приобретает значение субординации — подчинение функций одних компонентов другим, а в менеджменте — служебное подчинение младших старшим, что основывается на нормах служебной дисциплины. Задача вертикальной координации — организация эффективной связи и сбалансирование структурных подразделений и их работников различных иерархических уровней.

Горизонтальная координация состоит в обеспечении сотрудничества руководителей, специалистов и других работников подразделений, между которыми нет отношений подчинения. В результате достигается согласованное единство взглядов на общие задачи.

Мотивация — процесс побуждения себя и других к действию для достижения общей цели. Руководитель всегда должен помнить, что даже прекрасно составленные планы и самая совершенная структура организации не имеют никакого значения, если кто-то не выполняет фактическую работу организации. Поэтому задача данной функции заключается в том, чтобы члены организации выполняли работу в соответствии с делегированными им обязанностями и согласно плану.

Контроль — это процесс обеспечения того, чтобы организация действительно достигала своих целей. Обстоятельства могут заставить организацию отклониться от основного курса, намеченного руководителем. И если руководство окажется неспособным найти и исправить эти отклонения от первоначальных планов, прежде чем организации будет нанесён серьёзный ущерб, достижение целей будет поставлено под угрозу.

Структурная схема АСУ

В структуре любой автоматизированной системы управления можно выделить следующие компоненты:

Основная часть – включает в себя математическое и информационное обеспечение и техническую часть.
Функциональна часть – подразумевает конкретные управленческие функции и ряд взаимосвязанных программ.

Системы могут быть элементарными или масштабными и сложными.

Принято различать две структурные разновидности таких систем — автоматизированная система управления техническим процессом (АСУТП) и система организационного управления (АСОУ).

Различия среди этих систем заключаются в характеристиках объекта, которым система будет управлять. АСУТП выстраиваются для управления сложными техническими объектами, механизмами, аппаратами, машинами. АСОУ призваны контролировать функционирование коллективы людей. Соответственно применению АСУ, будут различаться и способы передачи информации – это могут быть документы или разнообразные физические сигналы.

Существует также аббревиатура САУ – система автоматического управления. Её особенность заключается в том, что она некоторое время может действовать без вмешательства человека. Применяются такие системы для управления отельными небольшими объектами.

Раздел 6 «Порядок контроля и приемки системы» /п. 2.8 ГОСТ 34.602-89/

1. Испытания делятся на следующие виды:

Предварительные.
Опытная эксплуатация.
Приемочные.

2. Предварительные (а частично и приемочные) испытания в свою очередь делятся на:

Автономные (без интеграции со смежными системами).
Комплексные (в комплексе со смежными системами).

1. Предварительные автономные испытания частей системы.2. Предварительные автономные испытания системы в целом.3. Предварительные комплексные испытания.4. Опытная эксплуатация.5. Приемочные испытания.

Для предварительных и приемочных испытаний это «Программа и методика предварительных (приемочных) испытаний». Указания для составления документа содержатся сразу в двух стандартах. Вкратце — в ГОСТ 34.603-92 (п. 2.2.2 и 4.1) и более подробно — в РД 50-34.698-90 «Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».
Для опытной эксплуатации предусматривается документ «Программа опытной эксплуатации», содержание которого приводится в п. 3.1 ГОСТ 34.003-90. Также следует прописать использование «Журнала опытной эксплуатации» (см. п. 3.2 ГОСТ 34.603-92), в который будут заноситься недостатки и результаты их устранения.

9.2. Подраздел 6.2. «Общие требования к приемке работ по стадиям» /п. 2.8.2 ГОСТ 34.602-89/

На чьей территории и на чьем оборудовании будут проводиться испытания: заказчика или исполнителя.
Общее описание, каким образом будут проводиться испытания (например, что будут проверяться документы, наличие элементов пользовательского интерфейса, отрабатываться сценарии).
Список участников.
Перечень документов, которыми оформляют результат испытаний:
- Для предварительных и приемочных испытаний это протокол испытаний, в котором приводится перечень проверок и их результаты.
- Для опытной эксплуатации — журнал опытной эксплуатации.

Методы воздействия в менеджменте

Менеджмент рассматривает методы управления как совокупность различных способов и приёмов, используемых администрацией фирм для активизации инициативы и творчества людей в процессе трудовой деятельности и удовлетворения их естественных потребностей.

Главная цель методов менеджмента — обеспечение гармонии, органического сочетания индивидуальных, коллективных и социальных интересов. Особенностью методов как инструментов практического управления является их взаимосвязь и взаимообусловленность.

Методы менеджмента могут быть:

экономические;
организационно-распорядительные;
социально-психологические.

Экономические методы воздействуют на имущественные интересы фирм и их персонала. В их основе лежат экономические законы общества, рынка и принципы вознаграждения за результаты труда.

Организационно-распорядительные методы базируются на объективных законах организации совместной деятельности и управления ею, естественных потребностях людей в определенном порядке взаимодействовать между собой.

Организационно-распорядительные методы делятся на три группы:

организационно-стабилизирующие — устанавливают долговременные связи в системах управления между людьми и их группами (структура, штаты, положения об исполнителях, регламенты деятельности, концепции управления фирм);
распорядительные — обеспечивают оперативное управление совместной деятельностью людей и фирм;
дисциплинарные — предназначены для поддержания стабильности организационных связей и отношений, а также ответственности за определенную работу.

Социально-психологические методы представляют собой способы воздействия на социальные и психологические интересы фирм и их персонала (роль и статус личности, группы людей, фирм, психологический климат, этика поведения и общения и т.д.). Они состоят из социальных и психологических и должны соответствовать морально-этическим и социальным нормам общества.

Процесс управления в организации

Процесс управления — это определенная совокупность управленческих действий, которые логично связываются друг с другом, чтобы обеспечить достижение поставленных целей путём преобразования ресурсов на входе в продукцию или услуги на выходе системы.

Процесс управления — это совокупность действий, связанных с выявлением проблем, поиском и организацией выполнения принятых решений.

Все процессы управления делятся на две группы:

постоянные процессы — представляют собой функциональные области человеческой деятельности по достижению текущих целей;
периодические процессы — это активная форма управления, вызванная непредвиденными ситуациями и требующая выработки оперативных управленческих решений.

Основные этапы процесса управления изображены на рисунке.

Процесс управления организацией

Создание и этапы процесса управления определяют его элементы:

Цель — каждый процесс управления осуществляется для достижения конкретного результата, цели. Цели в процессе управления должны иметь операционный характер и трансформироваться в конкретные задачи. Они являются ориентиром для конкретизации использования необходимых ресурсов.

Ситуация — представляет собой состояние управляемой подсистемы.

Проблема — это несоответствие фактического состояния управляемого объекта желаемому или заданному.

Решение — представляет собой выбор наиболее эффективного воздействия на существующую ситуацию, выбор средств, методов, разработка конкретных управленческих процедур, осуществление процесса управления.

Стадии процесса управления:

постановка конкретной цели;
информационное обеспечение;
аналитическая деятельность — это совокупность операций, связанная с оценкой состояния управляемого объекта, поиском путей улучшения существующей ситуации;
выбор вариантов действий;
реализация решений;
обратная связь — осуществляет сравнение полученного результата от реализации решения с целью, ради достижения которой осуществлялся процесс управления.

Применение и основные функции АСУ

АСУ нашли широкое применение в разнообразных сферах промышленного производства. Основные функции систем сводятся к следующему:

Автоматизация управления технологическим процессом. Благодаря действию контроллера системы оптимизируется взаимодействие всех компонентов, происходит экономия топлива и энергии, улучшаются другие показатели процесса.
Сбор, регистрация, обработка и выдача информационных данных, касающихся оборудования и процесса в целом. Информация собирается с датчиков системы контроллером и отображается в форме мнемосхемы.
Распознавание и регистрация аварийных ситуаций и любых отклонений от процесса. При возникновении экстремальной ситуации система даёт сигнал оператору или производит устранение неполадок автоматически, чтобы предотвратить развитие аварии.
Предоставление необходимой информации оператору в виде графических и числовых данных. Информационные данные можно вывести на экран монитора в виде таблиц, графиков, схем. При необходимости эти данные можно распечатать с помощью соответствующих устройств.
Управление автоматически или с рабочего места оператора.
Регистрация всех действий оператора и сохранение их в заархивированном виде в базах данных. Все данные имеют строгую хронологическую привязку, что позволяет при необходимости установить причину возникновения аварийной ситуации и сделать соответствующие выводы.
Многоуровневая защита информации с помощью парольных систем. Доступ к данным такой автоматизированной системы обычно бывает строго ограничен и предоставляется только специально подготовленным сотрудникам с высшим техническим образованием. Кроме того, предоставляется доступ определённого уровня руководителю и действующим операторам. Для каждого сотрудника вводится индивидуальный пароль, который даёт ему полную ответственность за проведение технологического процесса. Руководитель получает доступ к информации в режиме просмотра.

Основные требования к системам автоматического управления САУ

В более ранних статьях мы рассматривали систему автоматического регулирования САР как математическую модель какого-то объекта. Важным фактором в математической модели есть степень допущения – это когда для упрощения проведения расчетов некоторыми наименее влияющими на систему факторами пренебрегают. Соответственно, чем большим количеством факторов мы пренебрежём, тем проще получится математическая модель, и синтез такой системы будет намного проще. Но есть одно но! Данная система может не обладать нужными нам параметрами и вести себя не так как нам нужно. Зачем тогда принимать допущения, если надежность снизится? Да, можно пойти по другому пути – принять минимум допущений, учесть как можно большее количество факторов и в итоге получить такую систему, синтез которой практически невозможен, ввиду ее огромной сложности.

Поэтому главной задачей проектировщика, при проектировании САР, будет нахождение наиболее приемлемого варианта с точки зрения качества работы САР, а также с точки зрения простоты и надежности ее реализации. Требования, которые предъявляются к САУ в переходных (динамических) режимах, во многом зависят от ее назначения и характера работы, а также условий ее работы, и эти факторы должны учитываться проектировщиком. По категориям требования к надежности САУ можно разделить так:

Запас устойчивости;
Статическая точность или величина ошибки системы в установившемся режиме работы;
Динамический режим САУ (переходные процессы);
Динамическая точность – значение ошибки регулирования при изменяющемся воздействии;

Пожалуй, самым важным критерием из всех выше перечисленных будет запас устойчивости.

Поскольку САУ имеют в своем составе обратные связи, то они склонны к колебаниям. В устойчивых САУ колебания затухают за какой-то промежуток времени, и они приходят в согласованное состояние. Также не должны влиять на устойчивость системы и изменение внутренних и внешних условий, например, изменение температуры среды или напряжения питания. Именно поэтому САР должна иметь какой-то запас устойчивости, для того чтоб небольшое изменение параметров ее работы не привело к ее «разносу».

Также нужно помнить, что наличие различных обратных связей, на которых и строятся все САР, а также могут применятся для подавления различного рода колебаний и

устранений ошибок, сами могут становится источниками колебаний и приводить к обратному результату – увеличении ошибки регулирования.

Для примера давайте рассмотрим самолет с автоматом курса, реагирующего на изменение курса. Допустим, что в начальный момент времени продольная ось самолета не совпадает с заданным курсом. Чувствительный элемент отреагирует на это и выработает сигнал, который окажет влияние на рули управления, результатом чего станет возникновения сил, пытающихся восстановить курс самолета. Однако когда траектория полета самолета и траектория заданного курса выровняются, изменение курса не прекратится. Это связано с тем, что самолет имеет довольно большой момент инерции и не может мгновенно отреагировать на изменения управляющих воздействий, а также тем, что автомат курса возвратит руль в нейтральное положение лишь спустя некоторое время, после совпадения заданного курса и продольной оси самолета. Поэтому самолет продолжит отклонение от курса уже в обратном направлении (противоположном первоначальному). И продолжится до тех пора, пока автомат курса не перенастроит руль, и система снова не начнет выравнивать самолет. После чего этот процесс опять повторится. Соответственно если инерция автомата курса будет довольно значительной, а демпфирование самолета низко, амплитуда колебаний относительно курса будет возрастать. Это означает, что колебания не затухнут и выравнивания курса станет невозможным.

Необходимо помнить, что требования к устойчивости системы являются необходимыми, но не достаточными для характеристики динамических свойств при реальной работе и наличии различного рода воздействий.

Раздел 9 «Источники разработки» /п. 2.11 ГОСТ 34.602-89/

Материалы с описанием аналогов (прототипов) разрабатываемой системы.
Материалы, описывающие общую идею системы. Нередко данные документы составляют на предпроектных стадиях и именно на них обычно содержатся ссылки в разделе «Характеристики объекта автоматизации».
Материалы по разработке проекта: перечень используемых ГОСТов серии 34, используемые стандарты по проектному управлению.
Материалы, связанные с осуществлением основного процесса: перечень законов, стандартов, внутренних регламентов и приказов, устанавливающие правила осуществления автоматизируемых процессов.
Материалы и стандарты, содержащие требования к общей и информационной безопасности.