Исследование задачи выбора морфологического описания объекта оперативного управления методом имитационного моделирования

Актуальность темы

исследования. В настоящее время идет широкое внедрение вычислительной техники и экономико-математических методов в практику управления производством. Это требует наличия хорошо разработанных методик построения формализованных описаний объектов управления. Однако до настоящего времени качество модели объекта управления в большей степени определялось искусством разработчика, чем строгими научными рекомендациями.

Особенно остро стоит вопрос построения формализованного описания сложных динамических объектов оперативного управления (ДООУ). Под оперативным управлением понимается совокупность целенаправленных воздействий на объект для достижения заданной программной траектории. Характерной особенностью такого управления динамическими объектами является малая длительность интервалов принятия решений, динамический характер изменения материальных: потоков, высокая неопределенность последствий управления. Все это делает исследование указанных объектов и вопросов оперативного управления особо сложной проблемой. Разрешение этой проблемы невозможно без надежного инструмента исследования — формализованного описания объекта.

Указанные особенности оперативного управления определяют ряд противоречивых требований к модели объекта: необходимость учета большого числа факторов различной природы, определяющих все многообразие динамики объекта, максимальная простота модели, обеспечивающая возможность ее использования в реальном времени.

Необходимость повышения эффективности оперативного управления сложными производствами на базе математических моделей, отсутствие научно-обоснованных методов конструирования моделей, высокая стоимость и трудоемкость анализа сложных технологий все это определяет актуальность исследования вопросов и методов построения описания динамических объектов оперативного управления.

Цель и задачи исследования

Одним из важнейших эталов построения описания является этап определения морфологии этого описания (модели). Исходя из этого, целью исследования ставится разработка методики анализа динамического объекта оперативного управления, позволяющей получить наилучшее с точки зрения оперативного управления морфологическое описание объекта.

Основные задачи, вытекающие из цели:

— определение критериев анализа динамических объектов оперативного управления;

— постановка и исследование набора задач, обеспечивающих построение морфологического описания:

— задача выбора границ объекта управления (описания);

— задача определения координат состояния и частоты их измерения (оперативной наблюдаемости);

— задача исследования оперативной координируемоети технологических процессов;

— исследование ограничений на оперативные управляющие воздействия (задача оперативной напряженности);

— разработка алгоритмов и программ решения указанных задач.

Методы исследования, применяемые в работе — методы системного анализа, имитационного моделирования, анализа временных рядов и матстатистики, кластер-анализа, теории управления, теории принятия решений.

Научная новизна результатов.

I. В работе предложена векторная оценка оперативной управляемости объекта в критериальном пространствеобосновано ее использование в качестве критерия анализа ДООУ.

2. Решена задача выбора наиболее предпочтительных границ объекта оперативного управления (описания) по используемому критерию анализа.

3. Дано решение задачи определения набора координат состояния ДООУ, подлежащих имитации и контролю в процессе оперативного управлениячастота контроля координат определяется с учетом скорости их реакции на ресурсы управления.

4. Исследована зависимость ограничений на скорость ввода ресурсов оперативного управления от уровня этого ресурса, находящегося в производстве.

5. Определены условия иерархического и автономного (децентрализованного) оперативного управления технологическими процессами, образующими единый производственный процесс.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты позволяют выдать конкретные рекомендации по изменению системы оперативного управления ДООУ с целью стабилизации технологических процессов, уменьшению простоя оборудования и снижению потерь в оперативном управлении.

Получаемое в результате исследования описание ДООУ, может быть использовано в виде имитационной модели в процессе принятия оперативных решений. Модели, обеспечивающей требуемую неоцределенность прогноза последствий управления, обладающей минимально допустимой сложностью, требующей минимум оперативно измеряемой информации о состоянии ДООУ.

Содержащаяся в диссертации последовательность задач может рассматриваться как основа методики системного анализа объектов оперативного управления в рамках организационно-технологических (интегрированных) АСУ.

Использование указанных практических результатов работы, например, для горнообогатительного комбината «Удачнинский» объединения «Якуталмаз» позволяет снизить потери от оперативного управления с 1490 до 700 рублей в смену, стабилизировать шихтовку руд в рудопотоке: уменьшить нарушение шихтовки в среднем с 30% до 8%.

Внедрение результатов работы. На базе разработанной методики анализа, включающей результаты диссертационной работы, было проведено предпроектное обследование и составлено техническое задание на проектирование автоматизированной системы оперативного управления «Удачнинского» горнообогатительного комбината производственного объединения «Якуталмаз», в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 24 октября 1980 г. по развитию алмазодобывающей промышленности СССР, что обеспечивает 68 тыс. рублей ожидаемого годового дохода.

Задачи анализа динамических объектов, поставленные автором, были решены для Мирнинского рудника объединения «Якуталмаз» при разработке и внедрении системы оперативного управления основным производством. Методика системного анализа, изложенная в диссертационной работе, была применена при проектировании автоматамированной системы оперативного управления пластмассового производства предприятия п/я А-1456. Экономический эффект составляет 20 тыс. рублей в год.

Диссертационная работа проводилась в рамках НИР Новосибирского электротехнического института по темам: «Оперативное управление основным производством ГОКа «Удачнинский» ПО «Якуталмаз» (№ гос. регистрации 79 022 613) и «Разработка структуры и алгоритмов АСУ производственным процессом» гос. регистрации -1 823 027 040 и 183 014 415).

Основные методические положения и результаты работы используются в учебном процессе в курсах «Автоматизированные системы управления предприятиями», «Основы построения АСУ», «Проектирование подсистем и звеньев АСУ» .

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

У1 Всесоюзном симпозиуме (с участием ученых социалистических стран) «Эффективность, качество и надежность эрготехнических систем» (г.Новгород, 1981 г.);

Всесоюзной научно-технической конференции «Создание комплексных систем управления на предприятиях машиностроения с использованием ЭШ» (г.Омск, 1979 г.);

Всесоюзном научно-техническом семинаре «Управление при наличии расплывчатых категорий» (г.Кишинев, 1978 г.);

Областной научно-технической конференции «Опыт эксплуатации и современные тенденции развития АСУ» (г.Омск, 1976 г.);

Теоретических семинарах кафедры АСУ НЭШ, кафедры прикладной математики ТЛИ, кафедры автоматизации и процессов управления ЛЭТИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и одно учебно-методическое пособие.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка используемой литературы, приложения и сведений о внедрении.

Выводы.

Решенные в работе задачи позволяют на этапе анализа ДООУ получить имитационную модель объекта, наиболее полно отражающую его возможности по оперативному управлению и содержащую минимальный перечень координат, подлежащих имитации.

При синтезе систем оперативного управления ДООУ результаты диссертационного исследования позволяют определить:

— границы объекта оперативного управления (задача выбора границ описания);

— количественные характеристики неопределенности управления объектом (задача выбора границ описания);

— ограничения на управляющие воздействия;

— ограничения на интервалы принятия оперативных управляющих решений (задача определения координат состояний и частоты их контроля);

— точки и периодичность съема оперативной информации о состоянии объекта (задача определения координат состояний и частоты их контроля);

— тип структуры (иерархическая или децентрализованная) системы управления и условия его применения (задача определения условий иерархического и автономного управления).

Использование результатов диссертационной работы в реальном управлении конкретным объектом (горнообогатительным комбинатом) позволяет:

— стабилизировать технологические процессы;

— снизить потери от оперативного управления в два раза.

Указанные результаты диссертационной работы были проверены и внедрены на одном из горнообогатительных комбинатов производственного объединения «Якуталмаз», на предприятии п/я А-1456.

Основные методические и теоретические положения работы используются в учебном процессе кафедры АСУ НЭТИ.

Использование результатов диссертационного исследования возможно для анализа, оперативного управления, синтеза автоматизированных систем оперативного управления, широкого класса объектов, в которых велика стоимость принятия оперативных решений: производственные процессы, промышленные комплексы, системы противовоздушной обороны.