Особенности управления сложными системами

Любая сложная система (СС) должна основываться на принципах эффективного использования своих свойств, обеспечении точности, достоверности и единства измерения своих параметров. Например, с точки зрения выпуска промышленной продукции необходимо использование энергосберегающих технологий в производственных процессах посредством системы регулирования тарифов на исходные ресурсы. Поэтому в данном случае целесообразно говорить о режимах СС (или целевых режимах), которые могут достигаться в результате решения задач оптимизации совокупности факторов, влияющих на систему, а также путем изменения внутренних и внешних параметров системы.

Задачи максимальной экономии расходуемых ресурсов СС и повышения качества управления целевыми параметрами являются на современном этапе одними из наиболее актуальных. Например, в области электроэнергетики, а конкретно – применительно к системам электроснабжения предприятий, эти задачи сводятся к снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях и улучшению её качества в точках потребления. Поэтому любые мероприятия по улучшению качества функционирования СС должны быть связаны с компенсацией влияния «паразитных» факторов как наиболее эффективным способом воздействия на параметры состояний СС.

Комплексное управление состояниями СС по своей сути затруднительно, поскольку это может быть связано с таким объектом управления, условия функционирования которого недостаточно изучены, а модель объекта и цель управления слабо формализованы. В этой связи СС, а в частности системы управления производственными процессами (с участием человека), с позиций теории системных исследований можно отнести к большим, открытым человеко-машинным автоматизированным системам, в которых, как правило, человек входит как в управляющую, так и в управляемую части, стирая грани между ними. Человеко-машинные системы часто называют эргатическими, причем под ними обычно понимают такие системы, в которых человек принимает решение в случаях, когда формализованные алгоритмы его получения отсутствуют. Использование эвристических способностей человека, основанных на опыте и инженерной интуиции, является в этом случае положительным фактором.

Включение человека в цепь управления в задачах компенсации влияния «вредных» факторов на СС и повышения качества функционирования системы в целом носит иной характер и является вынужденным, в ряде случаев обусловленным недостаточным уровнем автоматизации процессов. В этом случае эргатичность системы не является положительным фактором, так как на человека возлагается не творческая работа. Однако, как показывает практика, в связи с широким внедрением автоматизированных систем контроля и диагностики параметров (с разным набором функций) отрицательное действие данного фактора, казалось бы, отпадает. С другой стороны, специалист в той или иной области может решать относительно небольшой круг задач, ограничивающийся стабилизацией параметров режима определенной СС. Поэтому правильным представляется использовать автоматизированные человеко-машинные системы управления в современном производстве, то есть, другими словами, экспертные системы. Так как в последних применяются ЭВМ с большой оперативной памятью, то необходимо учитывать максимально возможное количество факторов, влияющих на решение проблемы и обеспеченных достоверной информацией в реальном времени.

Для решения проблемы оптимальной компенсации влияния «вредных» факторов на СС и повышения качества функционирования системы необходимо последовательное решение ряда задач, которые следует сформулировать при разработке целевой комплексной программы рационального расходования ресурсов СС. Исходным материалом для их конкретизации служат результаты обследования объекта.

В общем случае к числу этих задач можно отнести:

– анализ СС;

– анализ режимов функционирования системы;

– оценка энергетических резервов системы для улучшения целевых параметров;

– исследование влияния изменения конфигурации элементов системы и их параметров на энергетические резервы;

– определение количественных значений дополнительных управляющих воздействий для обеспечения оптимальной компенсации вредных факторов.

В настоящее время преобладает тенденция локального регулирования целевых параметров СС, которые решают задачу автоматического изменения или поддержания параметров режима по заранее составленной схеме, без учета пребывания СС в различных состояниях и при отсутствии адаптации к объекту управления. Поэтому для управления сложными объектами необходима система централи­зованного и адаптивного управления, учитывающая многообразие состояний СС. Фундаментом для построения такой системы должны стать современные методы искусственного интеллекта.

10.2. Автоматизированные системы контроля и диагностики
как информационная основа для управления режимами СС

Управление режимами функционирования СС, в частности с участием человека, делится на автоматическое и оперативное. Оба временных разреза управления характеризуются недостаточной информационной обеспеченностью, несовершенством методов обработки информации и выработки решений, ограниченным временем для формирования управляющих воздействий. Развитие математических методов и средств вычислительной техники, использование микропроцессоров и их совершенствование позволяют в значительной степени снять ограничения на качество управления режимами СС. В практике управления СС возможен качественно новый подход к принятию решения – от условий наихудшего, самого тяжелого случая к формированию оптимальных управляющих воздействий, соответствующих характеру возмущения в темпе процесса, к адаптации системы управления к текущему режиму.

Решению этих задач содействует интеграция систем управления – как объектная, так и функциональная на единой технической и в значительной мере информационной и модельно-программной основе. Можно говорить о взаимосвязях, в том числе информационных, автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) объектов, автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), систем защиты, управления и контроля, средств управления в нормальных и аварийных режимах и т. д. По существу можно говорить о наложении на объект управления информационной сети с интеллектуальными узлами, в которых осуществляется обработка информации и принятие локальных решений. Основу информационной сети в задачах оперативного управления режимами СС в реальном времени составляют измерения целевых параметров, сигналы о состоянии основных элементов СС. Именно цикл их обновления определяет темп обработки информации.

В связи с этим одним из эффективных путей рационального расходования ресурсов СС является внедрение (если это технически возможно) современных автоматизированных систем диагностики и контроля (АСДК) параметров. Однако зачастую датчики таких систем способны измерять лишь ограниченный круг параметров. Такие АСДК принято называть АСДК пассивного типа. Здесь явно выражен приоритет сбора информации о свершившихся событиях в СС и отсутствует механизм влияния на них. Для того чтобы АСДК играла активную роль в процессе жизнедеятельности системы, алгоритм ее работы, кроме сбора информации, должен либо включать управляющие воздействия на этот процесс, либо информировать оператора о принятом решении с указанием причин. Такая реализация активной АСДК, естественно, является интегральным вариантом.

Таким образом, АСДК зачастую используются как инструменты управления замерами контрольных параметров, а не как средство для управления режимами СС. На основании вышеизложенного можно выявить следующие свойства АСДК, характерные для применения данной системы в области управления режимами СС:

1) идентификационные свойства – однозначное определение режимов и параметров режимов работы объекта и элементов системы в любой момент времени; другими словами – это наглядное представление картины жизнедеятельности каждого элемента системы и мгновенных значений параметров режима в контрольных точках, максимально приближенных к реальному времени (желательно с большой частотой снятия показаний с датчиков);

2) управляющие свойства – принятие решений и формирование управляющих воздействий на элементы системы в различных режимах по заданным алгоритмам при сочетании централизованного и местного управления исполнительными элементами СС и наличии избирательности.

В качестве элементов АСДК, в частности на сложных производственных объектах, сейчас выступают различные микропроцессорные средства с достаточно большим объемом функций.

Итак, любая АСДК должна работать как человеко-машинная система, сочетающая использование эффективных современных средств вычислительной техники с деятельностью человека-инженера, роль которого заключается в принятии окончательного решения по заданию оптимального режима работы СС в масштабе реального времени как в ручном, так и в диалоговом режимах.