Введение к работе
Актуальность Функционирование производственных объектов предполагает организацию их согласованного взаимодействия, что обеспечивается соответствующими процессами управления и координации Особенно это наглядно в так называемых проблемных обстоятельствах, обусловленных многообразием причин, которые препятствуют или прерывают «нормальный» процесс функционирования оборудования, технологической линии, производства или предприятия в целом
Традиционно основные усилия по разрешению таких ситуаций и предупреждению дальнейшего нежелательного развития производственной обстановки связаны с маневром в использовании ресурсов предприятия, при котором происходит, по существу, изменение состава и функций отдельных частей предприятия и изменение их связей и отношений с внешним (по отношеншо к этим частям) миром Это особенно актуально для высоко номенклатурных мелкосерийных производств и производств с непрерывным технологическим циклом К ним относятся экспериментальные литейно-машиностроительные и электротехнические предприятия, предприятия уникального научного и специального технологического оборудования, а также предприятия строительной индустрии
Манипулирование материальными, природными, трудовыми, финансовыми, энергетическими, информационными или иными ресурсами направлено на такое осознанное временное или постоянное изменение структуры производства, которое будет в большей степени соответствовать изменяющимся условиям эксплуатации.
Это непременно означает то, что для обеспечения требуемого функционирования предприятия необходима организация соответствующих процессов управления в условиях переменных структур объектов управления и локально-организованных сред. В последние десятилетия отечественными и зарубежными специалистами предложены различные решения в направлении организации переменных структур экспертные технологии в контурах управления (В Н Захаров, С В Ульянов, 1993, МБ Коломейцева, ДЛ Хо, 2002), интеллектуальные системы автоматического управления {ИМ Макаров, В М Лохин, 2001), автоматический синтез законов управления (МФ Степанов, 2002), самоорганизующиеся САУ (НБ Тушканов, ЕЙ Юревич, 2002), распределенные регуляторы (F Wu, 2003), распределенное управление (Е J. Kompass, 1981, Н Bentez-Perez, F Garca-Nocetti, 2003), распределенные САУ (Е В Добролинская, ММ Зозуленко, ИМ Кольцов, А В Коновалов, 2003), переменные САУ {СВ Емельянов, 1967, СФ Киселев, Л П Мышляев,АН Колганов, В И Лебедев, О В Михайлова, 2003).
Однако, несмотря на известные результаты, до настоящего времени отсутствуют систематизированные знания о целенаправленном изменении структур систем управления при возникновении потребности разрешения конфликтных
ситуаций, обусловленных проблемными обстоятельствами Кроме этого, основу проектных идей и решений в указанных направлениях составляют интуитивные представления об адекватности структур управления изменяющимся обстоятельствам
В связи с этим особенно остро ощущается потребность в теоретических основах формирования структур управления, что делает актуальными вопросы моделирования структур систем управления, адекватно реагирующих на изменения структуры объекта управления и окружающей среды
Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских, хоздоговорных тематик и целевых программ в 1981-2006 гт
«Разработка контроллера распределенной вычислительной мощности» (заказ-наряд Е2781047833 на выполнение работ по развитию науки и техники Минэлектротехпром на АЭМЗ им. XXV съезда КПСС (г Александрия), апрель 1981-март 1983 гг),
«Разработка микропроцессорной системы управления роботами М10П, М20П» (Выполнение программных решений совместных протоколов от 30 10.1984 года между АЭМЗ им. XXV съезда КПСС (г Александрия) и МСПО «Красный пролетарий» (г. Москва), 1984 - 1986 гг),
-«Разработка теоретических основ и методики создания интегрированных АСУ в производстве строительных материалов и конструкций» (Тема №1 15.93 «Тематического плана НИР БелГТАСМ»(г Белгород) единого заказ-наряда Минобразования РФ на проведение научно-исследовательских работ, финансируемых из средств Федерального бюджета, 1993 - 1997 гг),
«Автоматизация процессов контроля и прогнозирования функционирования оборудования тепловых пунктов» (Договор №32/96 от 1 ноября 1996 г БелГТАСМ с МУП Гортеплосети (г Белгород), 1996-1997 гг);
«Принципы разработки и методы построения унифицированных средств управления для интеллектуальных зданий» (Тема №1 3.98 Ф «Тематического плана НИР БелГТАСМ» (г Белгород) единого заказ-наряда Минобразования РФ на проведение научно-исследовательских работ, финансируемых из средств Федерального бюджета, 1998-2001 гг),
«Создание Федерального ресурсного центра методического, кадрового и материально-технического обеспечения развития единой образовательной информационной среды в Центральном федеральном округе» (Государственный контракт № 2343 Минобразования Российской Федерации от 15 ноября 2002 г, Орловский государственный технический университет, 2002-2003 гг),
- «Разработка концепции обеспечения безопасности объектов системы высшего профессионального образования и целевой программы предупреждений и защиты от чрезвычайных и кризисных ситуаций» (проект № 3582 Министерства образования и науки Российской Федерации по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», Орловский государственный технический университет, 2006 - 2007 гг )
Объект исследования. Структуры организационно-технических средств управления производством
Предмет исследования. Модели, методы и средства формирования структур управления
Цель диссертационной работы. Создание теоретических основ моделирования систем управления в условиях изменяющейся структуры объекта управления и окружающей среды
Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи
1. Проведен анализ и обоснован выбор подхода к моделированию процессов управления
Исследованы тенденции развития структур управления в условиях изменяющейся структуры объекта управления
Разработан и исследован формальный аппарат обеспечения переменности структуры системы управления
Предложены лингвистические основы интегрирования функциональных возможностей систем управления с переменной структурой
Разработана методика лингвистического управления
6 Разработаны и исследованы инструментальные средства контроля систем управления с переменной структурой. 7. Предложена методика моделирования законов преобразования структурных компонент системы управления 8 С использованием предложенного теоретического подхода разработаны и реализованы системы управления с переменной структурой для группы производств. Методы исследования базируются на методах системного анализа, формальном аппарате теории конечных автоматов, математической логики, теории функции действительного переменного и теории автоматического управления
Научная новизна исследования
Предложены теоретические основы построения организационно-технических систем управления с переменной структурой, базирующиеся на трех сформулированных принципах организации переменности структуры реконфигурации, агрегатирования и презумпции управления, отличительной особенностью которых является то, что они охватывают и обеспечивают переменность в рамках топологии, законов преобразования и вещественно-энергетической содержательности структурных компонент системы управления.
Для реализации принципа презумпции управления по формированию переменной структуры разработаны новые унифицированные компоненты контура управления на базе распределенной вычислительной мощности
Для реализации принципа реконфигурации по обеспечению переменности структуры системы управления разработан новый формальный аппарат синтеза
средств переменной логической мощности, включающий предложенные формальные модели по реализации логического управления
Для реализации принципа агрегатирования разработана новая методика лингвистического управления, интегрирующая функциональные возможности управления, на основе предложенной лингвистической модели организации процессов управления с учетом предыстории функционирования
Для создания моделей законов преобразования структурных компонент системы управления разработана новая методика интерактивного формирования языковых описаний нелинейных характеристик
Для контроля законов преобразования структурных компонент системы управления разработана новая методика контроля и ее инструментальные средства.
Практическая ценность работы Практическая ценность заключается
1) в разработанных
формальном аппарате синтеза средств переменной логической мощности,
методике лингвистического управления,
методике интерактивного формирования языковых описаний нелинейных характеристик,
методике контроля и ее инструментальных средств,
2) в разработанных АСУТП:
- системе прямого цифрового управления электроприводами шахтных
подъемных машин,
средствах управления линиями ротационного формования для изготовления крупногабаритных пластмассовых изделий;
одноконтурных контроллерах-регуляторах для автоматического регулирования подачи теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения,
программируемых логических контроллерах для автоматизации локальных и комплексных систем управления и диспетчеризации;
3) в результатах внедренных работ в производствах химической техноло
гии, строительного дела, систем связи и образовательной деятельности
Подтверждена эффективность инфографического подхода к моделированию систем управления с переменной структурой на примерах
создания систем прямого цифрового управлении электроприводами шахтных подъемных машин в Национальном горном университете в 1992-2000 гг (г Днепропетровск, Украина),
разработки структур однопроцессорных контроллеров COBRA FCL и средств управления линий ротационного формования УРФ 3200, УРФ 3300 в Конструкторском опытном бюро радиоаппаратуры ЗАО «КОБРА» в 2000-2006 гг(г Владимир),
- разработки одноконтурных регуляторов PC 163D1, многоконтурных про
граммируемых контроллеров PC 365D и контроллеров PC 420 для систем дис-
петчеризации в ООО «Разработка и производство средств и систем автоматизации» КОНТЭЛ в 2003-2006 гг (г Владимир),
оценки качества функционирования технических средств и технологического оборудования Веселолопанского спиртового завода в 2003-2006 гг (Весёлая Лопань, Белгородская область),
моделирования АСУТП в ООО «Нефтехим-инжиниринг» в 1998- 2005 гг. (г Белгород),
организации процессов химической технологии в ООО «Полисинтез» в 2002-2005 гг. (г Белгород),
восстановления сигналов, моделирования процессов приёма-передачи сообщений и устройств коммутации в сетевых структурах систем связи в Центральном научно-исследовательском институте связи в 1997-2004 гг (г Москва),
построения аналитических моделей для совершенствования методики мониторинга взаимодействия бетонной перемычки с массивом гидрозакладки и методов диагностики и прогноза напряженного состояния крепи вертикальных шахтных стволов в сложных горно-геологических условиях в Белгородском государственном университете в 2002-2006 гг (г Белгород),
построения аналитических моделей при решении геомеханических задач в ЗАО «Белнедра» в 2003-2005 гг. (г. Белгород),
моделирования переустройства строений в интеллектуальные здания с использованием информационной среды и решении вопросов возведения и переустройства интеллектуальных многоэтажных зданий в Научно-техническом центре «ГЕКТОР» в 2003-2006 гг (г. Троицк, Московская область),
выполнения работ по инженерной диагностике техногенных воздействий при строительном переустройстве стационарной среды жилища в проектно-конструкторском и технологическом институте «ПРОМСТРОЙ» в 2003-2006 гг (г Москва);
проектирования экспертных процедур для систем управления организационными структурами АСУП в ООО «Аудит и Энергосбережение» в 1996-2004 гг (г Белгород),
внедрения инфокоммуникационных технологий в учебный процесс в Московском техническом университете связи и информатики е 2003-2006 гг (г Москва);
- создания средств обеспечения безопасности, предупреждения и защиты
от чрезвычайных и кризисных ситуаций объектов системы высшего образова
ния в Орловском государственном техническом университете в 2006-2007 гг (г
Орел) у
Основные положения, выносимые на защиту
1 Теоретические основы построения организационно-технических систем управления с переменной структурой, базирующиеся на трех сформулированных принципах организации переменности структуры реконфигурации, агрегатирования и презумпции управления
Унифицированные компоненты контура управления на базе распределенной вычислительной мощности
Формальный аппарат синтеза средств переменной логической мощности, включающий предложенные формальные модели по реализации логического управления
Методика лингвистического управления на основе предложенной лингвистической модели организации процессов управления с учетом предыстории функционирования
Методика интерактивного формирования языковых описаний нелинейных характеристик законов преобразования структурных компонент системы управления
Методика контроля законов преобразования структурных компонент системы управления
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись
на Первой Международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании» в Таганрогском институте управления и экономики 10-11 сентября 1999 г (г. Таганрог);
на Пятых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии 10-12 ноября 1999 г. (г. Воронеж);
на Седьмых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов 3-5 октября 2001 г. (г Белгород);
на Второй научно-технической конференция «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» в Воронежском государственном техническом университете 15-16 ноября 2001 г (г Воронеж);
на Третьей международной научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии» в Воронежском государственном техническом университете 29 октября - 1 ноября 2002 г. (г Воронеж);
на региональной научно-практической конференции «Управление качеством» в Воронежском государственном техническом университете 23- 24 октября 2003 г (Воронеж),
на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в Орловском государственном техническом университете 11-12 мая 2004 г (г. Орёл),
на П-ой Международной конференции «Геомеханика Механика подземных сооружений» в Тульском государственном университете 12-14 сентября 2005 г (г Тула),
на Международной научно-технической конференции «Приборостроение 2005» 12-16 сентября 2005 г (гг Ялта, Украина),
- на П-ой Международной научно-технической конференции «Информа
ционные технологии в науке, образовании и производстве» в Орловском госу
дарственном техническом университете 25-26 мая 2006 г (г Орел)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 работ, в том числе 5 монографий, 23 статьи, 5 публикаций в трудах международных конференций и 16 публикаций в сборниках материалов академических чтений, всероссийских научно-технических конференций и научных сборниках
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения Общий объем 420 страниц, 264 наименования списка литературы, 77 рисунков, 6 таблиц и 14 приложений
