Введение в теорию автоматизированного управления

Раздел 1. Введение в теорию автоматизированного управления 1.1.        Основная терминология  Механизация пр. процесса - замена физического труда человека работой механизмов, получающих энергию от какого либо источника. Автоматизация пр. процесса - замена физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (СУ) Автоматизация управления - замена физического и умственного труда человека, затрачиваемого на управление работой технических средств, обеспечивающих выполнение задач управления. За человеком остаются только функции наблюдения и подготовки этих технических средств. Техническая система управления - совокупность технических средств, имеющих между собой электрические, пневматические, гидравлические или иные информационные связи, используемые для управления производственными или другими процессами. Автоматизированная система управления (производством или технологическим процессом) - разновидность систем управления, включающая технические средства, которые обеспечивают замену физического и умственного труда человека, но требуют, однако, затрат труда для своего обслуживания и выполнения отдельных функций управления. Автоматическая система управления - разновидность систем управления, включающая технические средства, которые обеспечивают автоматический сбор, обработку информации, в том числе принятие решения и реализацию принятого решения. Затраты труда человека необходимы только для контроля функционирования и обслуживания системы. Автоматическая система управления состоит из управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Объектов и управляющих устройств в системе может быть несколько. Автоматические системы управления уже давно широко применяют, особенно в военном деле, например для управления огнем, полетом ракет и самолетов (автопилот), наведения орудий, движения подводных лодок; а также в атомной энергетике при управлении режимами работы атомных котлов; в отраслях промышленности с непрерывными процессами производства; например, для управления процессами производства аммиака, метанола, главки металла. В процессе внедрения автоматическая система управления технологическим процессом обычно используется вначале как автоматизированная система, работающая в информационном режиме, а после накопления опыта, проверки надежности системы и т. п. переводится в автоматический режим.   Автоматические системы управления подразделяются на: 1. непрерывные системы (аналоговые) - системы, в которых входные сигналы действуют непрерывно в течение всего времени работы системы; 2. дискретные системы (импульсные) - с прерывистым воздействием сигнала на входе.   1.2.        Понятие об автоматизации управления производством   Научно-технический прогресс приводит к росту скорости производства. Если «скорость» управления при этом постоянна, то качество управления падает, ибо управление как бы «не успевает» за производством. Одновременно научно-технический прогресс создает предпосылки для повышения качества управления за счет использования вычислительной техники, математических методов, теории управления и автоматизации управления. Все это концентрируется, находит конкретную реализацию в автоматизированных системах управления (АСУ). Управление в простейшей форме заключается в сборе информации (данных о ходе технологического процесса), ее переработке и выводе управляющей информации для изменения хода процесса. Этот цикл происходит периодически или непрерывно и может осуществляться с помощью автоматизированной системы управления, которая выполняет все или некоторые из перечисленных операций. Рис. 1. Схема автоматизированного управления технологическим процессом   В схеме, представленной на рис. 1, выбор оптимального хода технологического процесса обеспечивается АСУ ТП. Обратная связь проявляется в том, что изменения состояния процесса, возникшие в результате управляющих воздействий со стороны АСУ ТП и внешних случайных воздействий, в виде данных о ходе процесса снова поступают в АСУ ТП. Данные о состоянии производства и аварийные сигналы применяются при оперативном управлении и частично накапливаются для статистических расчетов и анализа. Значительная часть этих данных может собираться в виде отклонений от плана, нормы, задания. Данные оперативного учета используются также при оперативном планировании. Качество управления определяется тремя основными факторами: выбором эффективного решения, своевременностью его принятия и возможностью реализации этого решения. Основным путем повышения качества управления является автоматизация управления производством, при которой перечисленные задачи решаются средствами вычислительной техники. Приведем пример высокого качества управления. При реализации билетов на самолеты используются автоматизированные информационные системы, хранящие данные о свободных местах на все рейсы. По запросам пассажиров, вводимым в систему кассирами, система сообщает сведения о наличии мест и учитывает реализацию билетов. Это позволяет снизить число свободных мест в самолетах, своевременно вводить резервные рейсы. Сложность управления технологическим процессом определяется суммарными потоками информации, которые выявляются в процессе тщательного изучения и анализа, сложностью их обработки и использования результатов. Эти потоки определяют число датчиков, устанавливаемых в АСУ ТП, и устройств вывода информации, алгоритмы обработки информации, объемы памяти ЭВМ. Стоимость управления является одним из важных показателей управления. Большую часть стоимости определяют затраты на оргтехнику и математическое обеспечение. Последнее, порой, бывает во много раз дороже. Проблема стоимости вычислительной техники находит свое решение в использовании локальных вычислительных сетей. Широкое внедрение ПЭВМ дает возможность децентрализации обработки информации. Система управления технологическим процессом независимо от размещения ЭВМ должна обеспечить получение информации, передачу ее в систему обработки данных, обработку (систематизацию, сортировку, вычисления) и выдачу команд, управляющих ходом производства и обеспечивающих строгую регламентацию протекающих процессов, печатных документов, информационных сообщений и советов (рис.2).   Рис. 2. Структурная схема автоматизированного управления ТП.   В автоматизированной системе управления сбор, переработка и вывод информации осуществляются автоматически или автоматизировано. При обработке информации для анализа обстановки, кроме текущих данных о состоянии производственного процесса, используют также нормативные данные, плановые данные и математическое описание (модель) производства. Управление с автоматическими органами управления образует автоматическую систему с замкнутой цепью воздействий (с обратной связью). Разработка и внедрение такой системы возможны лишь при наличии большого опыта эксплуатации разомкнутых систем с непосредственным управлением человеком или группой людей, которые принимают решение на основании своего опыта и знания производства.   1.3 Уровни автоматизированного управления   Уровни автоматизации управления обычно совпадают с принятыми уровнями управления. На предприятиях ряда отраслей промышленности различают три уровня в общей схеме автоматизированного управления предприятием: • автоматизация управления технологическими процессами (нижняя ступень); • автоматизация управления на уровне производств (средняя ступень); • автоматизация управления на уровне предприятия (верхняя ступень). На нижней ступени решаются технические задачи: соблюдение технологических режимов, правил эксплуатации оборудования и техники безопасности. На этой ступени применяют локальные системы стабилизации и регулирования параметров, поисковую автоматику, некоторые элементы вычислительной техники, а также автоматическую сигнализацию, блокировку, регистрацию и т. п. На средней ступени определяется экономически обоснованное распределение нагрузок между цехами и агрегатами, оптимальный режим технологического процесса, а также вырабатываются и передаются команды управления системам автоматизации нижней ступени. Для этого используют системы централизованного сбора информации и программы для анализа деятельности производства. На верхней ступени решаются технические и в основном экономические задачи. Планируется производство отдельных цехов и участков, выполняются учетные работы, осуществляется управление транспортом, складами, энергоресурсами, определяются показатели для оперативного управления, которые передаются в соответствующие системы автоматизации средней ступени. Решение вопросов автоматизации на уровне всех трех ступеней является, по существу, решением вопросов комплексной автоматизации производств. Обычно АСУ ТП находится на нижней ступени автоматизации, однако может в зависимости от обстоятельств охватывать среднюю и высшую ступени управления, но не подменяя АСУ П. Раздел 2. Методология построения АСУ ТП. 2.1 Виды обеспечения АСУ ТП   Автоматизация управления технологическим процессом стала возможной в современном ее представлении только в последнее время. Произошло это в результате накопления опыта, развития ряда научных направлений и создания соответствующих технических средств. АСУ ТП возникли на стыке следующих отраслей науки и техники: технологическая автоматика, вычислительная техника, прикладная математика (в том числе программирование), теория информации, теория организации и управления, высокомеханизированное и автоматизированное технологическое оборудование большой мощности. Автоматизация управления технологическим процессом реализуется в виде систем - АСУ ТП. АСУ ТП включает оперативный персонал, организационное, информационное, программное и техническое обеспечение (ГОСТ 16084-75). Оперативный персонал АСУ ТП включает технологов - операторов автоматизированного технологического комплекса (АТК), осуществляющих управление технологическим объектом, и эксплуатационный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал необходимо специально подбирать с учетом требований, предъявляемых АТК, и специально его подготавливать. Организационное обеспечение АСУ ТП включает описание функциональной, технической и организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно должно содержать совокупность правил и предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала между собой и комплексом средств. Информационное обеспечение АСУ ТП включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию. Формы выходных документов и другие формы представления информации не должны вызывать трудностей у персонала при их использовании. В информационном обеспечении в соответствии с требованиями технического задания предусматривается некоторая избыточность, позволяющая обеспечить расширение массивов при развитии системы, а также совместимость со смежными и вышестоящими системами по содержанию, системе кодирования и форме представления информации, используемой для обмена. Программное обеспечение АСУ ТП включает общее программное обеспечение, в том числе организующие программы и программы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ и др. Специальное программное обеспечение - совокупность программ, реализующих функции конкретной системы и обеспечивающих функционирование комплекса технических средств. Обслуживающие программы обеспечивают внесение изменений, дополнений, снятие копий с информации, записанной на внешних носителях, контрольную распечатку информации и т. п. Техническое обеспечение АСУ ТП, называемое также комплексом технических средств (КТС) или технической системой управления, включает: • средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода данных в систему; • средства формирования и передачи информации в системе; • средства локального регулирования и управления; • средства вычислительной техники; • средства представления информации оперативному персоналу системы; • исполнительные устройства; • средства передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ; • отдельные средства оргтехники, не увязанные в систему и обеспечивающие работу оперативного персонала; • приборы и устройства, необходимые для наладки и проверки работоспособности комплекса и запасные приборы. Количество технических средств и их производительность должны быть достаточными для реализации всех функций, перечисленных в техническом задании на систему. Раздел 3. Категориальные понятия системного анализа автома-тизированных систем 3.1. Сущность системного подхода   Системный подход отличается от традиционного предположением, что целое обладает такими качествами (свойствами), каких нет у его частей. Наличием этих качеств целое, собственно, и отличается от своих частей. Данная связь между целыми и его частями была положена в основу первых определений системы, например такого: «система - это совокупность связанных между собой частей». Это, в общем-то, очевидный факт: целью объединения элементов в систему и является получение таких свойств и способностей в выполнении требуемых функций, каких нет у каждого отдельно взятого элемента: - есть электромотор (простое вращение); - есть программируемый контроллер (обработка информации). Их соединение - программируемый электропривод (частотный привод). При этом части системы могут, в свою очередь, представлять системы, тогда их называют подсистемами. Подсистема обладает свойством функциональной полноты, т.е. ей присущи все свойства системы. Системный подход к проектированию АСУ ТП заключается в разбиении всей системы на подсистемы (декомпозиция системы) и учете при ее разработке не только свойств конкретных подсистем, но и связей между ними. Например, при проектировании системы управления процессом приготовления бетонной смеси может быть поставлена задача максимизации производительности при заданных ограничениях на качество бетонной смеси. Однако данная система может быть подсистемой другой системы (например, домостроительного комбината). Если указанное повышение производительности бетоносмесительного узла не учтено при проектировании подсистем, потребляющих бетон, то показатели функционирования домостроительного комбината останутся на прежних уровнях. Системный подход опирается на известный диалектический закон взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в мире и в обществе и требует рассмотрения изучаемых явлений и объектов не только как самостоятельной системы, но и как подсистемы некоторой большей системы, по отношению к которой нельзя рассматривать данную систему как замкнутую. Системный подход требует прослеживания как можно большего числа связей - не только внутренних, но и внешних, чтобы не упустить действительно существенные связи и факторы и оценить их эффекты. Системный подход к анализу и разработке систем находит применение в том или ином аспекте многими науками (системотехника, исследование операций, системный анализ и др.). Между этими науками нет четких границ, весьма часто в них используются одинаковые математические методы. Поэтому в настоящее время усилия специалистов направлены на разработку общей теории систем, использующей изоморфизм (аналогичность) процессов, протекающих в системах различного типа (технических, биологических, экономических, социальных). Общая теория систем должна стать теоретическим фундаментом системотехники и других, смежных с ней дисциплин. Остановимся кратко на сущности упомянутых теорий и их применении при проектировании АСУ ТП.   3.2. Научные направления исследования и проектирования систем   Общая теория систем. Это научное направление связано с разработкой совокупности философских, методологических, научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы. Считается, что общая теория систем должна представлять собой область научных знаний, позволяющую изучать поведение' систем любой сложности и любого назначения. С философской точки зрения реальные системы неисчерпаемы в своих свойствах, и для познания действительности необходимы различные уровни абстрагирования. В данной теории используются следующие уровни: символический, или лингвистический; теоретико-множественный; абстрактно алгебраический; топологический; логико-математический; теоретико информационный; динамический; эвристический. Формулировка термина «система» зависит от принятого уровня абстрагирования и не является единственной. Рассмотрение задач на каком-либо одном уровне абстрагирования позволяет дать ответы на определенную группу вопросов, а для получения ответов на другие вопросы необходимо провести исследование уже на другом уровне абстракции. В настоящее время общая теория систем еще далека от завершения. Однако ее полезность подтверждается практическими применениями, в частности, на ее основе развивается теория многоуровневых иерархических систем, к которым относится большинство АСУ ТП. Системный подход реализуется в основном на следующих фундаментальных науках: • системотехника; • исследование операций; • системный анализ. Раздел 4. Методика и примеры формализации систем 4.1 Системный анализ   Это научное направление является методологией исследования трудно наблюдаемых и трудно понимаемых свойств и отношений в объектах, заключающейся в представлении этих объектов в качестве целенаправленных систем и изучения свойств этих систем и взаимоотношений между целями и средствами их реализации. Существует множество определений системного анализа (как и исследования операций или системотехники). В нем нет еще установившихся понятий, общепринятой терминологии и единства мнений специалистов по многим принципиальным вопросам. Системный анализ успешно используют при решении таких проблем, как оценка конкретных проектов сложных АСУ, промышленных систем, планов капитальных вложений, народнохозяйственных планов, а также в организации процессов народнохозяйственного планирования. Исследование в системном анализе разбивается на несколько этапов. Рассмотрим основные этапы системного анализа, используемые при проектировании организационных и технологических систем управления. На первом этапе дается постановка задачи, которая состоит из определения объекта исследования, постановки целей, а также задания критериев для улучшения объекта и управления им. Этот этап плохо формализуется, поэтому успех определяется прежде всего искусством и опытом исследователя, глубиной его понимания поставленной проблемы. Этот этап важен, поскольку неправильная или неполная постановка целей может свести на нет результаты последующего анализа. На втором этапе очерчиваются границы изучаемой системы и ведется ее первичная структуризация. Совокупность объектов и процессов, имеющих отношение к поставленной цели, разбивается на два класса: изучаемую систему и внешнюю среду. Такое разделение происходит в результате последовательного перебора и включения в систему объектов и процессов, оказывающих заметное влияние на процесс достижения поставленных целей. Окончание перебора может произойти прежде всего потому, что будут исчерпаны все существенные факторы. Систему в этом случае можно рассматривать как замкнутую, т. е. с известной степенью приближения, не зависящей от внешней среды. Другая возможность ограничения системы от внешней среды основывается на том, что в ряде случаев при изучении системы можно ограничиться лишь влиянием внешней среды на систему и пренебречь (с точки зрения поставленных целей) влиянием системы на среду. При этом получаем открытую систему, поведение которой зависит от входных сигналов, поступающих из внешней среды. Завершение процесса первичной структуризации состоит в том, что выделяются отдельные составные части - элементы изучаемой системы, а возможные внешние воздействия представляются в виде совокупности элементарных воздействий. Третий важный этап заключается в составлении математической модели изучаемой системы. Первым шагом в этом направлении является параметризация, т. е. описание выделенных элементов системы и элементарных воздействий на нее с помощью тех или иных параметров. Особую роль играют параметры, принимающие конечные множества значений. Эти параметры позволяют описать процессы и объекты, которые не могут быть охарактеризованы с помощью обычных числовых параметров, а различаются лишь косвенно. Параметризация изучаемой системы представляет собой лишь первый шаг в построении ее математической модели, Второй важный шаг заключается в установлении различного рода зависимостей между введенными параметрами. Характер этих зависимостей может быть любым: для количественных (числовых) параметров зависимости обычно задают в виде систем уравнений (обыкновенных алгебраических или дифференциальных); для качественных параметров используют табличные способы задания зависимостей, основанные на перечислении всех возможных комбинаций значений параметров. Наряду с вполне определенными функциональными зависимостями (задаваемыми однозначными функциями) в системном анализе используется различного рода вероятностные соотношения. Зависимости между элементами обычно являются весьма сложными и разнообразными. Описание всех этих зависимостей также весьма сложно и громоздко. Поэтому при построении математической модели обычно стремятся, по возможности, сократить это описание. Одним из наиболее употребительных приемов является разбиение изучаемой системы на подсистемы выделение типовых подсистем, установление иерархии подсистем и стандартизации связей подсистем на одних уровнях с однотипными системами на других уровнях. Выделение подсистем и установление их иерархии, помимо упрощения описания, преследует и другую цель: в процессе исследования уточняется первоначальная структура и параметры системы, а также окончательно определяются цели и критерии. В результате этого (третьего) этапа возникает законченная математическая модель системы описанная на формальном математическом языке. Задачей следующих этапов является исследование построенной модели. В отличие от классического случая для сложных систем, как правило, не удается найти аналитического решений, позволяющего описать поведение системы в общем виде. Поэтому обычно при исследовании пользуются прямым (имитационным) моделированием изучаемой системы на ЭВМ. В большинстве случаев применяют метод "проб и ошибок", который, в отличие от классического случая, при системном анализе является не только основным, но, как правило, и единственно возможным, поскольку известные аналитические приемы (вариационные методы, принцип максимума Понтрягина и др.), для сложных систем, как правило, непригодны. Таким образом, системный анализ представляет собой методологию исследования весьма сложных и неопределенных проблем, которая может быть использована при проектировании весьма сложных АСУ ТП Раздел 5. Организационная и функциональная структура систем 5.1. Структурный анализ АСУ   Одной из главных задач структурного анализа АСУ является построение наглядной формальной модели, отображающей процесс взаимодействия между элементами или подсистемами, составляющими систему, а также их взаимодействие с внешней средой. Виды структур АСУ и, как следствие, следующие модели: — организационная структура и ее модель; — функциональная структура и ее модель; — алгоритмическая структура и ее модель; — техническая структура и ее модель и т.п. Организационная структура. Как правило, она отображает со­бой структуру управления, которая сложилась на объекте автома­тизации (например, на предприятии) и которая совершенствуется при внедрении АСУ. Эта структура является основной и именно с нее следует начинать анализ и последующий синтез АСУ. Основными элементами организационной структуры являют­ся подразделения аппарата управления и отдельные лица-опера­торы, которые связаны с анализом документооборота и процеду­рой принятия управленческих решений. Основные направления совершенствования организацион­ной структуры: — сокращение излишних подразделений или операторов; — минимизация связей между этими элементами системы (подразделения и операторы); — повышение пропускной способности этих связей; — упорядочение документооборота; — ликвидация циклов в движении документов и т.п. При анализе организационной структуры решаются следую­щие задачи: — описание состава организации и построение ее структур­ной схемы; — определение функций отдельных подразделений и опера­торов; — описание материальных и информационных связей; — построение обобщенной структурной информационной модели организации. Функциональная структура. Она отображает функции, выпол­няемые отдельными элементами системы (подразделениями и операторами) в составе организационной структуры. В принципе одной и той же организационной структуре может соответство­вать несколько различных функциональных структур. Основные направления совершенствования функциональной структуры: — устранение параллелизма в выполнении функций управления; — освобождение элементов системы от выполнения функ­ций, не предусмотренных соответствующими должност­ными обязанностями; — перераспределение функций управления с целью оптими­зации; — создание максимально четких контуров ответственности. При анализе функциональной структуры решаются следую­щие основные задачи: — изучаются функции управления в структурных подразде­лениях системы; – выбирается состав функций, подлежащих автоматизации; — определяется взаимосвязь этих функций; — составляется обобщенная функциональная структура задач управления. Алгоритмическая структура. Она отображает совокупность ис­пользуемых алгоритмов и последовательность их декомпозиции, что позволяет в дальнейшем перейти к созданию программного обеспечения. Основные направления совершенствования алгоритмической структуры: — использование стандартных (типовых) алгоритмов обра­ботки информации; — повышение точности, скорости и надежности вычислений; — сокращение требуемых объемов памяти; — совершенствование отдельных алгоритмов. При анализе алгоритмической структуры решаются следую­щие задачи: — выделение комплексов задач, отдельных задач, алгорит­мов, модулей алгоритмов и т. п.; — определение их информационно-логической взаимосвязи; — определение последовательности их реализации. Техническая структура. Техническая структура отображает перечень и взаимосвязь технических устройств, используемых для построения системы. При анализе технической структуры ре­шаются следующие задачи: — определяются элементы, участвующие в основных инфор­мационных процессах: регистрация и подготовка инфор­мации, сбор и передача, хранение и обработка, воспроиз­ведение и выдача; — составляется формальная структурная модель системы тех­нических средств с учетом топологии расположения эле­ментов, информационной и энергетической их взаимосвя­зи, а также связи с внешней средой.   5.2 Основные принципы автоматизации управления технологическим процессом Автоматизация управления основывается на ряде принципов организации управления, которые можно разбить на четыре основных группы. К первой группе можно отнести принципы организации производственного процесса. Эта группа принципов отвечает на вопрос: «Как управлять?» При автоматизированном управлении производством действуют также принципы, определяющиеорганизацию и функционирование АСУ). Эта группа принципов отвечает на вопрос: «Как организовать автоматизированное управление?» Автоматизация управления стала возможной благодаря наличию современных технических средств, математического и организационного обеспечения, а также благодаря гибкости производственной информации. Это позволяет выделить группу принципов, определяющих возможность создания АСУ. Эта группа принципов отвечает на вопрос: «На чем основано автоматизированное управление?». Процессы создания АСУ - от проектирования до внедрения - характерны наличием своих собственных принципов. Эта группа принципов отвечает на вопрос: «Как создавать автоматизированное управление?». Третья и четвертая группа принципов будет последовательно рассматриваться во всех разделах данного курса. Первую и вторую группы принципов кратко изложим в настоящем разделе.   5.3 Принципы организации производственного процесса (первая группа)   Эти принципы определяют рациональное сочетание в пространстве и во времени всех основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Принцип специализации. Специализация обусловливает выделение и обособление отраслей, предприятий, цехов, участков, линий и т. д., изготавливающих определенную продукцию или выполняющих определенные процессы. Уровень специализации предприятий и подразделений определяется сочетанием двух основных факторов - объемом производства и трудоемкостью продукции. На специализацию в значительной степени влияет стандартизация и нормализация, которые могут повысить масштабы производства однородной продукции. Специализация в целом отличается большой экономической эффективностью. Соблюдение принципа специализации состоит в закреплении за каждым производственным подразделением, за каждым участком, вплоть до рабочего места, ограниченной номенклатуры работ, минимально возможного числа различных операций. Принцип пропорциональности. Все производственные подразделения основных и вспомогательных цехов обслуживающих хозяйств, участков, линий, группы оборудования и рабочие места должны иметь пропорциональную производительность в единицу времени. Пропорциональные производственные возможности позволяют при полном использовании оборудования и площадей обеспечить равномерный выпуск комплектной продукции. Несоблюдение принципа пропорциональности приводит к появлению "узких мест" и диспропорций, когда объем продукции или услуг тех или иных подразделений оказывается недостаточным для выполнения производственных заданий и тормозит дальнейшее развитие производства. Принцип параллельности. Параллельное (одновременное) выполнение отдельных частей производственного процесса, этапов, фаз, операций расширяет фронт работ и резко сокращает длительность производственного цикла. Параллельность проявляется во многих формах - в структуре технологических операций, в совмещении основных и вспомогательных операций, в одновременном выполнении нескольких технологических операций и т. п. Принцип прямоточности. Изделие, изготавливаемое предприятием, в процессе производства следует пропускать по всем фазам и операциям производственного процесса - от запуска исходного материала до выхода готовой продукции по кратчайшему пути без встречных и возвратных движений. Соблюдение этого принципа реализуется в расположении зданий, сооружений, цехов, станков и в построении технологического процесса. Вспомогательные подразделения и склады размещаются возможно ближе к обслуживаемым ими основным цехам. Принцип непрерывности. Перерывы в производстве необходимо устранять или уменьшать. Это относится ко всем перерывам, в том числе внутри операционным, междуоперационным, внутрисменным, междусменным. Машины или системы машин тем совершеннее, чем выше степень непрерывности их рабочего процесса. Организация производственного процесса тем совершеннее, чем выше степень достигнутой в нем непрерывности. Принцип ритмичности. Производственный процесс должен быть так организован, чтобы в равные интервалы времени выпускались равные или возрастающие количества продукции и через эти интервалы времени повторились все фазы и операции процесса. Различают ритм запуска (в начале процесса), операционный ритм (промежуточный) и ритм выпуска продукции. Ведущим ритмом является последний. Создание АСУ ТП должно быть направлено на соблюдение принципов организации производственного процесса. Функционирование АСУ ТП должно обеспечивать соблюдение принципов непрерывности и ритмичности.   5.4. Принципы организации автоматизированного управления (вторая группа) Эти принципы определяют технологию управления в условиях АСУ. Повышение экономической эффективности производства является первым общим принципом автоматизации управления. При несоблюдении этого принципа автоматизация становится неэкономичной, нецелесообразной. Общее упорядочение является вторым общим принципом автоматизации управления. В процессе создания АСУ ТП и при ее функционировании на предприятии происходят интенсивные процессы упорядочения. Упорядочивается все - технология и процессы управления, структура и потоки информации, методы управления и обязанности должностных лиц, в результате чего организация производства поднимается на более высокий качественный уровень. Принцип соответствия - третий общий принцип автоматизации управления. Он является частным проявлением системного подхода и означает, например, гармоничное соответствие между потребностями автоматизируемого объекта и возможностями АСУ ТП. Принцип единообразия является четвертым общим принципом. Он означает унификацию и стандартизацию элементов АСУ ТП. Унификация элементов АСУ ТП упрощает и удешевляет процессы проектирования, процессы эксплуатации и облегчает преемственность при создании новых АСУ Раздел 6. Обеспечивающие подсистемы автоматизированного управления 6.1 Математическое обеспечение (МО) АСУ   Математическое обеспечение (МО) АСУ — это система методов, приемов и средств, позволяющих эффективно разрабатывать программы решения на ЭВМ конкретных задач АСУ, управлять работой ЭВМ в процессе решения этих задач, контролировать правильность работы ЭВМ. Основными положениями, которыми необходимо руководствоваться при создании МО АСУ, являются следующие: • совместимость и базирование разрабатываемого МО АСУ на имеющемся МО ЭВМ; • ориентированность выбираемых средств МО на задачи АСУ; • достаточное разнообразие средств автоматизации программирования; • возможность эффективного внесения изменений в рабочие программы; • возможность однозначного и исчерпывающего описания алгоритмов; • возможность оптимизации работы программ частного применения; • модульность построения программ. МО АСУ служит для представления пользователю широкого спектра услуг по технологии программирования. Его можно разделить на две части: состав­ление управляющих программ и составление обрабатывающих программ. Управляющие программы осуществляют первоначальную загрузку опера­тивной памяти машин и управление работой АСУП, включая обработку пре­рываний, распределение работы каналов, загрузку программ из библиотеки в оперативную память. Управляющие программы обеспечивают многопрограм­мную работу, осуществляют связь с оператором. Обрабатывающие программы включают в себя систему автоматизации программирования и обслуживающие программы. Функции системы автоматизации программирования следующие: запись программ на входных языках программирования; трансляции программ на внутренний язык ЭВМ; объединение (сборка) нужных конфигураций (сегмен­тов) из стандартных подпрограмм; отладка программ на уровне входных языков; корректировка программ на уровне входных языков. Основными задачами обслуживающих программ являются следующие: запись программ в библиотеку; исключение программ из библиотеки; пере­запись программ с одного магнитного носителя на другой, печать и вывод про­грамм на перфоносители; вызов нужных программ в процессе работы в опера­тивную память и настройка ее по месту размещения. Основными компонентами МО АСУ являются системная диспетчерская программа и библиотека стандартных подпрограмм и типовых программ, пред­назначенных для обработки производственно-экономической информации. Системная диспетчерская программа обеспечивает функционирование АСУП в режиме, определенном производственно-хозяйственной или административ­ной деятельностью. Библиотека стандартных подпрограмм, имеющаяся в МО ЭВМ, является переходной ступенью к разработке системной библиотеки, ориентированной на процессы обработки информации в АСУ.Системная библиотека должна содержать: программы ввода и преобразования в машинную форму документов и дру­гих письменных источников исходных данных; программы для организации машинных массивов, характеризуемых как большими объемами, так и сложностью их структуры, для эффективного поиска и извлечения требуемых данных из массивов; программы для преобразования данных в наиболее приемлемую для чело­века форму (в виде графиков, схем, изображений) и вывода их на внешние устройства.   6.2.  Определение и состав информационного обеспечения   Информационное обеспечение — совокупность системы классификации и кодирования, системы показателей, языков записи данных, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в автоматизированных системах управления. Информационное обеспечение АСУП включает: • состав информации, т. е. перечень информационных единиц или информационных совокупностей (показателей, констант, переменных, документов, других сообщений, необходимых для решения комплекса задач системы); • структуру информации и закономерности ее преобразования, т. е. правила построения показателей, документов, агрегации и декомпозиции информационных единиц, преобразования информационных единиц в цепочке «вход — система — выход»; • характеристики движения информации, т. е. количественные оценки потоков информации (объем, интенсивность), определение маршрутов движения документов, построение схем документооборота, временные характеристики функционирования источников информации, получения первичных данных, использования исходных данных, продолжительности хранения, старения и обновления данных; • характеристики качества информации, т. е. систему количественных оценок полезности, значимости, полноты, своевременности, достоверности и других качеств информации; • способы преобразования информации, т. е. методы отбора, доставки, распределения информации, методики расчета показателей, схемы обеспечения информацией подразделений системы управления, подготовки рабочих массивов для решения задач. сновные организационно-методические принципы разработки информационного обеспечения АСУП могут быть сведены к следующим: 1. методическое единство информационного обеспечения, т. е. разработка различных подсистем на основе единых принципов, и обеспечение взаимосвязи 2. различных знаковых подсистем, входящих в состав информационного обеспечения (классификаторы, номенклатуры, показатели, формы документов); 3. системность и информационная совместимость подсистем и элементов информационного обеспечения; 4. реализация этого принципа означает создание во всей информационной системе взаимоувязанной совокупности форм обмена информацией, классификаторов, кодов и шифров, обеспечивающей обмен информацией в звеньях АСУП; 5. типизация и блочность структуры, в соответствии с которыми аналогичные в функциональном и содержательном отношении блоки информационной системы строятся по единым типовым правилам и описываются на одном языке; 6. унификация и структуризация форм обмена информацией, включая унификацию, упорядочение языка, сокращение числа форм документов; 7. учет требовании машинной обработки, т. е. выбор машиночитаемых носителей, придание документам табличной формы, удобной для ввода в ЭВМ, параллельное изготовление машинных носителей и т. д.; 8. интеграция обработки, т. е. достижение однократности ввода информации при многократном многофункциональном ее использовании.   6.3 Программное обеспечение   Программное обеспечение автоматизированной системы реализует алгоритмы расчетов показателей я функционирование моделей. [1] Программное обеспечение автоматизированных систем обработки информации о надежности должно позволять производить группировку информации по за данным признакам и расчет показателей надежности по каждой группе оборудования. [2] Разработка программного обеспечения автоматизированных систем управления и систем обработки данных является наиболее трудоемким процессом. Стоимость работ по созданию ПС ВТ весьма значительна. При разработке любой АСУ на программное обеспечение приходится наибольший удельный вес - 50 - 70 % от полной стоимости затрат на создание системы. [3] В программном обеспечении автоматизированной системы научных исследований можно выделить две основные группы программ: общесистемные и специальные. Под первым подразумевается ввод информации. Основной формой специального программного обеспечения являются пакеты прикладных программ. Пакет представляет собой совокупность программ, объединенных общностью описания физического объекта. [4] Общая структура программного обеспечения автоматизированных систем управления устанавливается стандартом ОСТ 25.920 - 80 Автоматизированные системы управления   Программное обеспечение для автоматизированных систем управления -    SCADA-системы -    Оперативно-информационные комплексы -    Система планирования и диспетчеризации производства -    Базы данных реального времени -    Платформы для промышленной автоматизации -    Средства анализа технологических данных и системы генерации отчетов -    ПО для систем оперативного управления производством (MES) -    Средства разработки -    Решения для отраслей