Системний аналіз технологічних процесів як об’єктів управління.

При дослідженні технологічних процесів із позицій задач управління використовуються основні прийоми системного аналізу (системного підходу):

• постановка задачі дослідження;

• вибір критеріїв якості;

• розробка плану експерименту з виділенням основних етапів;

• виконання принципу ієрархії зверху вниз при аналізі та знизу вверх при синтезі складних систем і ін..

З позицій системного аналізу розв’язуються задачі моделювання, оптимізації, управління та оптимального проектування хіміко-технологічних систем (ХТС) в масштабах ТК, відділення, цеху, заводу. Для цього використовуються відповідні математичні моделі.

Умовно неподільними одиницями ТК є технологічний процес (ТП) – нижній рівень ієрархії виробництва. В той же час можлива подальша деталізація цих одиниць до рівня фізико-хімічних ефектів та явищ, що дозволяє, в свою чергу, розглянути окремий хіміко-технологічний процес як складну систему. Важливо розуміти, що одиничний хіміко-технологічний процес із його складним комплексом елементарних фізико-хімічних явищ – типова велика (складна) система в смислі її класичного кібернетичного визначення. Рівень складності цієї системи визначається:

• величезною кількістю (многообразием) фізико-хімічних ефектів;

• насиченням взаємних зв’язків між цими ефектами;

• одночасним протіканням та взаємозв’язками між різними явищами фізико-хімічної природи в локальних об’ємах;

• нелінійними залежностями між змінними параметрами і т.д.

При системному аналізі виробництва (підприємства) як великої (складної) системи виділяють, як правило, три рівні:

• типові технологічні процеси в апаратурному оформленні (механічні, гідродинамічні, тепло-масообмінні, дифузійні, хімічні…) та локальні системи управління ними;

• ТК, відділення, цехи з відповідними системами управління;

• виробництво, підприємство та системи оперативного управління, організації виробництва, планування, матеріально-технічного постачання, реалізації продукції.

При системному підході створюються автоматизовані системи для оперативного отримання математичних моделей, ідентифікації.

Кожен типовий процес як одиниця першого рівня ієрархії формалізується як фізико-хімічна система (ФХС) – багатофазне багатокомпонентне суцільне природне середовище , розподілене в просторі та змінне в часі, в кожній точці гомогенності якого та на границі розділення фаз відбувається перенос речовини, енергії та імпульсу при наявності джерел (чи стоків) останніх.

Приймаючи до уваги, що на вхід ФХС поступають потоки суцільного середовища, які характеризуються вектором вхідних змінних (склад і температура фаз, тиск, швидкість, густина і т.д.), які проходять цілеспрямовані фізико-хімічні перетворення, можна записати:

Y=A(U), (1-12)

де А – оператор (технічний), який формалізує відображення простору змінних входу в простір виходу, відповідно реальному фізико-технічному процесу. Оператор А є складним: у відповідності із суперпозицією (накладанням) ряду «елементарних» технологічних операторів – хімічного та фазового перетворень; дифузійного, конвективного та турбулентого перепису речовини та тепла; змішування та ін.. Таким чином, цей оператор відображує сукупність лінійних, нелінійних, розподілених в просторі і змінних в часі процесів та має змішану детерміновано-стохастичну природу.

Коли мова йде про математичну модель, то записують на основі (1-12):

(U,X), (1-13)

де - простір оцінок змінних виходу.

Застосування методології системного підходу до створення складних систем управління. Методологія – сукупність прийомів дослідження в науці.

Системний підхід при створенні складних структур управління проявляється в таких підходах:

1. Будь-яка система на першому етапі розглядається з урахуванням лише формальних зв’язків між різними факторами та оцінки характеру їх зміни під впливом зовнішніх умов. Теорія систем своїм об’єктом досліджень має не фізичну реальність, а загальні властивості та зв’язки між різними факторами. При зростанні складності СУ для їх аналізу та синтезу необхідно застосовувати знання з різних наук.

2. Система завжди досліджується в умовах невизначеності (мети, характеристик зовнішнього середовища та поведінки оператора). Важливо забезпечити в системі адаптацію та можливість розвитку.

3. Складність систем управління, їх інформаційна потужність вимагає залучення деяких спеціальних прийомів, наприклад, декомпозиції та агрегування.

4. У складних системах управління (ССУ) завжди використовуються структурні перетворення.

5. В загальній теорії систем повинні використовуватись терміни, методи, поняття та прийоми, які є зрозумілими для інших наукових дисциплін (інформатика та автоматика, вони повинні спілкуватись спільною мовою).

6. В теорії систем застосовуються уніфіковані поняття, які дають можливість охарактеризувати як систему будь-якої складності, так і будь-яку її частину.

Системний підхід до створення автоматизованих технологічних комплексів (АТК) та комп’ютерно-інтегрованих систем управління (КІСУ).За основними ознаками АТК та КІСУ – складні системи, тому при розв’язанні задач аналізу та синтезу використовуються методи та прийоми системного аналізу: визначення ієрархій, застосування методів декомпозиції та агрегуванння. Об’єктом для складних систем управління є технологічний комплекс, виробництво чи підприємство і цілому. В цьому випадку розглядаються рівні ієрархії: типовий технологічний процес, дільниця, цех, виробництво (завод), під-приємство.

Автоматизований технологічний комплекс включає дві основні частини: об’єкт та система управління. Особливістю системного підходу є формування структури та характеристик об’єкта, а також синтез системи управління для сформованого об’єкта. Це стосується комплексу задач, зокрема виділення підсистем, визначення точок-джерел інформації, керуючих впливів, оцінки якості процесу функціонування і т.д. На рис.1.2 показано узагальнений алгоритм розробки АТК. Зміст основних етапів умовно показано у вигляді послідовності дій, при цьому може бути різна спепінь деталізації на кожному етапі. Головна особливість системного підходу при аналізі і синтезі складних систем – необхідність ітерацій, тобто повторення етапів, процедур та операцій з новими даними. На рисунку наявність ітерацій умовно показано стрілками, наприклад після оцінки науково-технічного рівня АТК може виникнути необхідність повернутись на попередні етапи та уточнити критерії управління, чи структуру АТК.

Аналогічний підхід використовується при аналізі та синтезі КІСУ з урахування таких особливостей: визначення кількості та рівнів робочих місць, кількості та рівнів обчислювальних мереж. Ці задачі розглядаються в спеціальних дисциплінах.

ЗАГАЛЬНОСИСТЕМНІ ПИТАННЯ СУ

Рис.1.2. Загальна структура процедур при створенні АТК

Контрольні питання

1.Дайте визначення основних термінів: система, елемент, підсистема. Приклади.

2.За якими ознаками класифікуються системи? Приклади.

3.Наведіть особливості різних систем: велика, складна, із само-організацією, зі ступенем організованості і інш.

4.Закономірності великих (складних) систем.

5.В чому полягає системний підхід при створенні та аналізі складних систем управління?

6.Назвіть основні ознаки технологічних комплексів як складних систем.

7.В чому полягає системний підхід при створенні автоматизо-ваних технологічних комплексів?