Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №4 (июль - август 2015) http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

http://naukovedenie.ru 08TVN415

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №4 (июль - август 2015) http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 08TVN415

ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»

Пути создания эффективной автоматизированной системы управления производством строительных материалов

Марсова Екатерина Вадимовна

Колбасин Александр Маркович

Кочетков Андрей Викторович

Астафьев Михаил Александрович

Аннотация

производство программный обеспечение технология

Рассмотрена укрупненная структурная схема прикладного программного обеспечения, которая позволяет строить модель адекватную технологии проектирования, автоматизируя процесс логического анализа возможностей при решении конкретных задач локального и централизованного управления производством. Разработанная структурная схема прикладного программного обеспечения, представляет собой совокупность составляющих её информационных элементов с учетом всех возможных взаимосвязей. Определены особенности функционирования элементов схемы, обусловленные необходимостью автоматизации производства. Введены понятия верхнего и нижнего уровня решаемых задач; определен перечень задач для верхнего уровня, функционирующего в режиме централизованного управления, и для нижнего уровня непосредственного управления технологическим процессом.

Укрупненная структурная схема прикладного программного обеспечения позволяет строить модель адекватную технологии проектирования, автоматизируя процесс логического анализа возможностей при решении конкретных задач локального и централизованного управления производством.

Ключевые слова: структурная схема; программное обеспечение; автоматизированная система; банк данных; оптимальное управление; строительные материалы; планирование.

Abstract

Ways of creation of an effective automated control system for production of construction materials

The integrated block diagram of the applied software which allows to build model adequate to technology of design is considered, automating process of the logical analysis of opportunities at the solution of specific objectives of the local and centralized production management. The developed block diagram of the applied software, represents set of the information elements making it taking into account all possible interrelations. The features of functioning of elements of the scheme caused by need of automation of production are defined. Concepts of the top and lower level of the solved tasks are entered; the list of tasks for the top level functioning in the mode of the centralized management and for the lower level of direct management of technological process is defined. The integrated block diagram of the applied software allows to build model adequate to technology of design, automating process of the logical analysis of opportunities at the solution of specific objectives of the local and centralized production management.

Keywords: block diagram; the software; automated system; databank; optimum control; construction materials; planning.

Основная часть

Анализ современного технологического оборудования процессов производства строительных материалов показывает, что для него характерно широкое разнообразие типоразмеров и конструктивных решений. Вопросам автоматизации процессов производства строительных материалов посвящено большое количество публикаций. Работам же по проблемам повышения эффективности автоматизированной системы управления производством (АСУП) как многоуровневой структуры уделено значительно меньше внимания.

Особенно актуальными являются исследования, связанные с повышением эффективности многоуровневой АСУП в условиях рыночных отношений, когда практически отсутствует планирование номенклатуры конечных продуктов производства, а имеет место случайный спрос на его соответствующую номенклатуру. Очевидно, в этих условиях необходимо разработать некоторую оптимальную процедуру планирования производства и накопления запасов конечного продукта. В результате реализации этой процедуры предполагается удовлетворить спрос на продукты производства и обеспечить его прибыль, путём её максимизации, если известна рыночная и производственная стоимость единицы конечного продукта.

Наряду с решением задачи планирования производства в условиях неопределённости спроса на конечный продукт, возникает задача оптимальной организации структуры производства, обеспечивающей её оперативную перестройку (оперативную адаптацию).

Решение этих вопросов может быть обеспечено разработкой прикладного программного обеспечения для АСУП, удовлетворяющего требованию оперативной адаптации, реализуемых им принципов управления.

Для систем, функционирующих в условиях динамической среды, к которым относятся АСУП с переналаживаемой технологией, эффективность управления зависит от полноты и достоверности сведений, как о состоянии объектов управления, так и об условиях производства.

В процессе проектирования АСУП должны решаться две взаимосвязанные задачи: первая - изучение свойств и состояний управляемых объектов, а также условия функционирования системы управления; вторая -- на основе этих данных определение действий и их последовательность, необходимых для управления.

Прикладное программное обеспечение, являясь моделью производства, должно отражать все его стороны, существенные для решения возложенных на АСУП задач. В связи с этим можно сформулировать два класса задач, решаемых в процессе адаптации. Первый класс задач -- уточнение представлений о технологии производства и об управляемых объектах путем корректировки соответствующих моделей на основе, например, статистической обработки наблюдений, указаний операторов. Второй класс - изменение системы правил выработки решений по управлению объектами, а при необходимости и правил обработки информации применительно к конкретно решаемым задачам производства и производственным условиям.

Задачи первого класса эффективно реализуются в алгоритмах управления существующих АСУ. В настоящее время разработан достаточно мощный математический аппарат статистической обработки наблюдений, сглаживания и экстраполяции параметров управляемых объектов и среды их функционирования.

Для реализации задач адаптации второго класса следует предусмотреть несколько иной подход. Последовательность правил выработки решения на управление определяется структурой управляющих алгоритмов. Выбор требуемой последовательности правил осуществляется выбором соответствующей ветви алгоритма автоматически или оператором. Формирование последовательности правил выработки решений, не заложенной в структуре управляющего алгоритма, но диктуемой создавшимися производственными условиями, не предусматривается. Такие алгоритмы, обладающие свойством адаптации структуры отдельных своих элементов, называют алгоритмами адаптивного управления (ААУ).

Основные требования к ААУ:

• наличие собственной внутренней модели производства, которая обеспечивает индивидуальность и самостоятельность системы управления в оценке производственных условий;

• способность к пополнению имеющегося представления о производстве, обучению;

• способность к конструированию, генерации целесообразной последовательности операций, возможно разветвленной, в явном виде не содержащейся в памяти технологической ЭВМ;

• возможность диалогового взаимодействия ЭВМ и оператора на достаточно высоком интеллектуальном уровне, это требование ААУ обусловлено человекомашинной концепцией трактовки процесса проектирования технологии АСУП.

Системы управления, удовлетворяющие указанным требованиям, относятся к классу систем искусственного интеллекта. Особенность таких схем заключается в том, что при их создании интеллектуальность формируется вводом интеллектуальных блоков в обычные неинтеллектуальные системы.

На рисунке приведена укрупненная структурная схема прикладного программного обеспечения. На схеме непосредственно адаптивный управляющий алгоритм представлен тремя составными частями: алгоритмом обработки информации, выработки и реализации решения.

Рис. Структурная схема прикладного программного обеспечения

Кроме рассмотренных блоков, обязательными элементами структуры являются алгоритм синтеза программ и выбора фрагмента знаний, которые и придают управляющему алгоритму свойство адаптации. В контур управления включен и оператор.

В интеллектуальном банке данных (ИБД) сосредоточена вся информация о внешней среде. Центральное место занимает система управления базой данных (СУБД). Она представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для обеспечения относительной независимости управляющих программ от конкретной реализации данных. Информационная часть ИБД условно разделена на четыре базы: целей (БЦ), знаний (БЗ), ресурсов (БР) и данных (БД). Если в ААУ ввести алгоритм анализа производственных условий и состояний объектов управления, то выбор требуемой группы аксиом в соответствии с производственными потребностями будет производиться автоматически. В этом случае на человека возлагается задача оперативного вмешательства в процесс проектирования технологии производства только в ситуациях, не отраженных в аксиоматических моделях, или, в случае необходимости реализации оригинальных решений оператора, принятых им, исходя из информации, не содержащейся в ИБД, например, из интуитивных соображений.

Такая структура прикладного программного обеспечения позволяет строить его как модель, адекватную процессу проектирования технологии АСУП, и автоматизировать процесс логического анализа производственных возможностей при решении конкретных задач.

В рассмотренной схеме адаптивного прикладного программного обеспечения, центральным алгоритмом адаптивного управления (ААУ) является алгоритм обработки информации. Разработке ААУ, выбору инструментальных средств и программированию (кодированию) предшествует этап разработки совокупности моделей, методов, адекватно описывающих технологические процессы в АСУП и обеспечивающие эффективность автоматизированного производства в соответствии с выбранными показателями. Решение всей совокупности задач, относящихся как к верхнему уровню, так называемому уровню централизованного управления, так и к задачам автоматизации технологического процесса на нижнем уровне, обеспечивает создание эффективной АСУП, как многоуровневой системы.

К задачам для верхнего уровня, относятся задачи:

• синтеза состава автоматизированного производства, обеспечивающего его эффективность по выбранным показателям в условиях неопределенного спроса на конечный продукт производства;

• оптимального управления запасами при производстве конечного продукта определённого качества, обеспечивающего прибыль производства в условиях случайного спроса на готовый продукт.

Основной задачей нижнего уровня является задача оптимального управления технологическим процессом. При этом предполагается обеспечение минимальной стоимости управления, а математические модели, методы и алгоритмы, рассматриваемых процессов обработки информации, должны отвечать требованиям адаптивности в АСУП.

Задача синтеза состава АСУП обеспечивающего, например, максимальную (требуемую) производительность, решается при использовании математической модели производства как разомкнутой системы массового обслуживания (СМО), с ожиданием, имеющую ограниченную длину очереди. Как показали исследования, такая математическая модель адекватна АСУП, имеющую ограниченную пропускную способность, да и общее число требований, обслуживаемых одновременно производством, ограничено.

Задачи оптимального управления технологическим процессом и оптимального распределения ресурсов можно отнести к задачам последовательного принятия решений, которые относятся к планированию, проведению или анализу экспериментов. Все возможные исходы эксперимента, могут быть указаны заранее, а действительный исход является одним из указанных.

Результат эксперимента может быть случайным или детерминированным. В задачах последовательного решения на каждом шаге принимаются два решения: первое решение - продолжать процесс управления (наблюдения) и второе -- прекратить его. В случае решения продолжать процесс, предоставляется возможность выбрать один из двух или большего числа экспериментов, доступных на этом шаге. Путем последовательного планирования экспериментов можно контролировать распределения наблюдений, получаемых в процессе выбора. В силу относительно большой свободы выбора, задача отыскания оптимальной процедуры последовательного решения, как правило, затруднительна. Кроме ответа на вопрос о продолжении или прекращении экспериментов (наблюдений) после проведения ряда наблюдений, остаётся еще выбор между экспериментами, представляющий значительные трудности.

Рассмотренные задачи относятся к классу статистических задач, в которых необходимо получать информацию о некоторых важных параметрах технологического процесса. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность принять эффективные решения в ситуациях, где последствия принятых решений зависит от истинных значений этих параметров. Для решения таких задач обычно используются методы субъективной, или байесовской, теории статистических решений. Обусловлено это тем, что неопределенность или информация относительно указанных параметров в любой момент времени может быть задана посредством вероятностного распределения на множестве их возможных значений.

Задачи принятия решения, сформулированные выше, должны удовлетворять следующим требованиям: условия задачи могут быть описаны с помощью счетного числа параметров; несмотря на то, что значения этих параметров не предполагаются известными с полной достоверностью, однако степень неопределенности этих значений может быть описана посредством подходящего распределения вероятностей.

В задачах указанного типа, исходя из особенностей технологии, число шагов фиксировано; они являются задачами последовательного решения и относятся к задачам общего класса процессов, известных как марковские процессы решения с конечным числом шагов.

Разработанная структурная схема прикладного программного обеспечения АСУП, представляет собой совокупность составляющих её информационных элементов с учетом всех возможных взаимосвязей. Определены особенности функционирования элементов схемы, обусловленные необходимостью автоматизации производства.

Введены понятия верхнего и нижнего уровня решаемых задач АСУП; определен перечень задач АСУП для верхнего уровня, функционирующего в режиме централизованного управления, и для нижнего уровня непосредственного управления технологическим процессом.

Укрупненная структурная схема прикладного программного обеспечения позволяет строить модель, адекватную технологии проектирования АСУП, автоматизируя процесс логического анализа возможностей при решении конкретных задач локального и централизованного управления производством.

Литература

1. Либенко А.В., Эль Равашдех Махер, Лобов О.П., Холодилов А.Ю. Иерархические системы управления технологическими процессами // Интегрированные технологии автоматизированного управления. Сб. науч. тр. М.: МАДИ, 2005. С. 100-105.

2. Либенко А.В., Минцаев М.Ш., Лобов О.П. Системы автоматизации смесительных установок непрерывного действия // Интегрированные технологии автоматизированного управления. Сб. науч. тр. М.: МАДИ, 2005. С. 105-109.

3. Марсов В.И., Славуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. Л.: Стройиздат. 1975. 287 с.

4. МикроЭВМ в управлении строительством / Под ред. Ю.Н. Бирина. М.: Стройиздат, 1989. 296 с.

Размещено на Allbest.ru