"Основные аспекты управления процессами и объектами в машиностроении"

3. ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ
3.1. Производственное предприятие как система управления
Производственное предприятие как система управления состоит из управляющей и управляемой подсистем, связанных между собой каналами передачи информации и образующими вместе единое целое (рис. 13). Управляемую подсистему (объект управления) можно условно рассматривать как преобразователь ресурсов, на вход которого поступают сырье, материалы, полуфабрикаты, рабо­чая сила и т. п., а выход представляет собой поток готовых изделий.
Все информационные связи производственной подсистемы с внеш­ней средой можно условно представить двумя входными и одним выходным информационными каналами. На один из входных инфор­мационных каналов поступают государственный план, установлен­ный предприятию, директивы вышестоящих организаций, нормативы использования материалов, энергии и т. п. Совокупность этих све­дений определяет цель управления.
Все возмущающие воздействия на производственную систему, поступающие из внешней среды, показаны на рисунке в виде второго информационного входа. Такие

Рис.13 Обобщенная структура производственного предприятия как системы управления

факторы, как нарушение сроков поставок или снижение качества сырья, материалов, полуфабрика­тов, изменение условий сбыта продукции, нарушение договорных обязательств смежников и др., могут служить примерами возмущающего воздействия внешней среды. Заметим, что возмущающие воз­действия могут возникать и внутри производственной системы, например поломки оборудования, случайные нарушения техноло­гических режимов или снижение качества продукции.

Информационный выход производственной системы представляет собой канал для передачи отчетов о выполнении планов, сводок и других видов отчетной информации во внешние управляющие организации более высокого ранга, например министерство или объединение, в состав которого входит данное пред приятие. Как в любой си­стеме управления, управ­ляющая и управляемая подсистемы связаны инфор­мационными каналами, по которым передаются управ­ляющие воздействия и све­дения о состоянии объекта управления.
Формальная постановка задачи управления пред­приятием требует конкре­тизации понятий, введен­ных в § 1.2. Допустим, что рассматривается пред­приятие с дискретным про­изводством. Компонентами вектора состояния х (f) могут являться представ­ленные функциями време­ни объем выпуска и реа­лизации продукции, величины запасов материалов и сырья на складах, значения уровней незавершенного производства по цехам завода, режимы работы технологического оборудования.
Цель управления предприятию в целом задается вышестоящей организацией с использованием основных плановых и технико-экономических показателей, таких, как объем реализации продукции и ее номенклатура, прибыль, рентабельность, степень загруженности оборудования и др. Для формального представления цели управле­ния в виде (2) необходимо, чтобы все целевые показатели выража­лись через компоненты вектора состояния. Следует отметить, что определение и формализация конкретной цели управления даже для небольшого предприятия — задача весьма сложная.
Для осуществления производственных функций предприятию выделяются трудовые, финансовые и материальные ресурсы. Вели­чина каждого вида ресурсов ограничена. В рамках этих ограничений предприятие может маневрировать ресурсами, распределяя их между подразделениями с целью достижения определенных текущих значений технико-экономических показателей. Таким образом, функции, описывающие распределение ресурсов, можно рассматри­вать как управляющие воздействия u (t). Компонентами вектора управления являются также производственные задания подразде­лениям предприятия (цехам, участкам, рабочим местам) на изготов­ление определенных деталей в заданные моменты времени.
В качестве компонентов вектора возмущающих воздействий f (t) выступают интенсивности отказов оборудования, величины браков, срывы поставок сырья и полуфабрикатов и т. п. Для того чтобы компоненты векторов х (t) и u (t) были реальны с точки зрения производственно-технических возможностей предприятия, на них накладываются ограничения типа (3). Так, например, следует учитывать допустимую производительность оборудования, наличие необходимых материалов, инструментов и др. Описанные схема производственной системы и формальная постановка задачи управ­ления весьма обобщенны и условны. Они не раскрывают внутреннего строения системы, а лишь иллюстрируют ее внешние и некоторые укрупненные внутренние связи, характеризуют их природу и назна­чение, т. е. являются макроописанием производственного пред­приятия.
С позиций микроанализа предприятие представляет собой слож­ную систему управления. Ее сложность обусловлена наличием многих единиц разнообразного оборудования, связанного между собой материальными, энергетическими и информационными пото­ками, а также тем, что элементами производственной системы являются люди — производственный и управленческий персо­нал.
Попытки описать производственное предприятие единой моделью и построить единый алгоритм управления в виде (4) часто оказы­ваются несостоятельными. Модель и алгоритм либо не удается составить, либо они оказываются настолько сложными, что их практическое использование невозможно. Это связано прежде всего с тем, что размерности векторов состояния х (t) и управления u (t) даже для небольшого предприятия измеряются тысячами либо десятками тысяч переменных. Число связей между переменными, которые необходимо учитывать при построении модели, обычно на два-три порядка превышает число переменных, т. е. приближается к миллиону. Современные методы и средства управления решать такие задачи не в состоянии.
Одним из методов преодоления сложности решения задач боль­шой размерности является их декомпозиция. Декомпозицией назы­вают разбиение исходной задачи большой размерности на совокуп­ность взаимосвязанных задач меньшей размерности, решение которых с заданной степенью точности соответствует решению исход­ной задачи. Применительно к сложной системе управления деком­позиция заключается в разбиении сложного объекта управления на подсистемы и в организации в каждой из них подсистемы управ­ления. Совокупность подсистем управления и способ их взаимо­связи образуют структуру системы управления. Структуры сложных систем управления, как правило, строятся с использованием иерархического и функционального принципов выделения подсистем. Рассмотрим иерархию строения производ­ственной системы управления. Условимся считать простейшим эле­ментом управляемой подсистемы отдельный станок, механизм или агрегат. Каждый простейший элемент рассматривается как элемен­тарный объект управления, а его совокупность с управляющим органом — как элементарная система управления. Объединения простейших элементов образуют более крупные объекты управле­ния (технологическая линия, участок, бригады), объединение кото­рых образует еще более крупные объекты управления (технологи­ческая установка, цех, группа цехов).
Таким образом, в зави­симости от масштабности объектов управления в производственной системе можно выделить иерархи­ческие уровни (рис. 14).

Рис.14 Иерархия структуры системы управления предприятием

Системы управления каж­дого уровня представляют собой подсистемы системы более высокого уровня. Каждый уровень характе­ризуется особенностями целей и операций управле­ния.

Первый (нижний) уровень иерархии состоит из множества си­стем управления отдель­ными технологическими операциями. Целью управления на этом уровне обычно является выбор и поддержание заданных режимов выполнения технологических операций. Здесь управление сводится к контролю параметров технологических режимов и к воздействию непосредственно на технологическую операцию.
Второй (следующий) уровень иерархии вклю­чает системы управления производственными участками и техно­логическими линиями. Основная цель управления такими объектами состоит в выборе и поддержании режима совместного функциони­рования агрегатов, станков и оборудования, на которых выпол­няются взаимосвязанные технологические операции, образующие технологический процесс. На этом уровне производится корректи­ровка параметров каждой операции технологического процесса в зависимости от случайного или вынужденного изменения режимов других, связанных с ней операций.
Совокупность систем управления первого и второго уровней будем называть системами управления технологическими процес­сами (СУТП) /4/. Третий уровень иерархии составляют системы управления цехами. Цель управления цехом — организация вы­пуска заданного количества изделий конкретной номенклатуры в заданные сроки с требуемым качеством и наименьшими затратами. Для реализации такой цели в процессе управления необходимо выполнять функции организационного и экономического характера. Эта особенность качественно отличает критерии и алгоритмы управ­ления, используемые на данном уровне, от применяемых в управле­нии технологическими процессами.
Объектом управления на четвертом уровне иерар­хии является предприятие в целом. Цель управления заклю­чается в организации совместного функционирования цехов для выпуска готовой продукции в заданном количестве при заданных технико-экономических показателях. Совокупность систем управле­ния третьего и четвертого уровней называют системой управления предприятием (СУП). Рассмотрим общую характеристику систем управления технологическими процессами и системы управления предприятием.