delo-do.com
Создаем эффективные системы
Главная | Контактная информация | Справочник кибернетика
Опубликовано: 14.02.2012 Последняя правка:26.09.2012

Cистема

1. Синтез модели производственной системы
1.1. Технологическая подсистема производственной системы
1.2 Подсистема управления производственной системы
1.3 Подсистема оптимизации производственной системы
2. Модель системы управления запасами
2.1 Технологическая подсистема системы управления запасами
2.2 Подсистемы управления разделительной системы
3. Управляемая система

Фото автора

Система – это структура, состоящая из связанного множества механизмов и соединяющих их каналов, функционирование которой направлено на решение простой задачи и оптимизацию внутренних процессов для максимизации эффективности. Например, нагрев, перемещение, дробление, сортировка и т.д. это простые задачи. Для решения этих простых задач необходимы системы. Это система нагрева, система перемещения, система дробления, система сортировки.

С другой стороны, обогащение железной руды это не простая задача, поскольку требует решения нескольких простых задач: дробления, классификации, сепарации, агломерации.

Сама по себе система функционировать не в состоянии. Для этого она должна быть окружена системами подачи и потребления продуктов. Такая инфраструктура определяется как управляемая система.

Таким образом, необходимо различать понятие «система» и «управляемая система».

Проблемы, связанные с понятием «система» возникли из-за того, что системами называют самые разнообразные объекты. Иногда системой называют часть системы, множество систем либо систему системы и части систем. Именно поэтому нет единогласия в этом вопросе в разнообразных учебных, научных и справочных источниках.

Например, банковская система, это не система, а совокупность управляемых систем. Но, мы привыкли к словосочетаниям банковская система, производственная система, торговая система, система образования и т.д.

Так, мы говорим о системе кровообращения, системе пищеварения и достаточно четко понимаем суть задач, на решение которых направлены объекты этих систем. При этом человеческий организм, как и предприятие, представляет собой множество управляемых систем.

1. Синтез модели производственной системы

Для того чтобы четко разобраться с тем, что такое система, давайте рассмотрим её устройство на простом и понятном для всех примере. Разобравшись с тем, что такое система на этом примере, мы обобщим полученные знания и получим представление о том, что представляет собой система в общем случае.

Поэтому рассмотрим внутреннюю структуру управляемой системы на примере кофейного автомата. Концептуальная модель интерфейса кофейного автомата, как управляемой системы, изображена на рис.1.


Структура, в состав которой гарантированно входит как минимум одна система.
Рис.1 Концептуальная интерфейсная модель управляемой системы - кофейного автомата

Управляемые системы создаются для достижения цели путем решения определенной потребительской задачи. Приготовление кофейного напитка является такой потребительской задачей, а автоматическое выполнение всех системных функций позволяет увидеть все механизмы системы, необходимость которых иногда трудно осознать, когда рассматриваются биологические системы, или системы, часть функций в которых выполняют люди.

Этап, который мы сейчас с вами пройдем, называется "синтез модели". Вначале мы несколько упростим задачу, и синтезируем модель производственной системы - системы нагрева жидкости, а затем доработаем ее до модели объекта, обеспечивающего приготовление кофейного напитка.

1.1 Технологическая подсистема производственной системы

Для того чтобы нагреть до определенной температуры порцию воды, нужен механизм нагрева воды. Будем считать, что нагреву подвергается только та порция воды, которая передается потребителю.

Пусть, например, функцию нагрева в системе обеспечивает тэн с ёмкостью. Тэн с ёмкостью представляют собой механизм нагрева. Если в емкости уже имеется порция воды, а в тэн начата подача электроэнергии, идет процесс нагрева (рис.2).


Концептуальное изображение механизма нагрева.
Рис.2 Интерфейсная модель механизма нагрева

Но, объект качественно выполнит свою функцию только в том случае, если вода будет нагрета до заданной температуры. Для этого также нужен механизм измерения температуры – температурный датчик (ТД) (рис.3).


Концептуальное изображение механизма нагрева с температурным датчиком.
Рис.3 Интерфейсная модель механизма нагрева с температурным датчиком

Кроме того, сигнал датчика нужно непрерывно контролировать и сравнивать с эталонной (заданной) температурой, а в момент, когда температура нагрева достигнет заданного уровня, необходимо подать сигнал о том, что процесс нагрева воды завершен, подачу электроэнергии необходимо прекращать, добавлять в нагретую воду необходимые ингредиенты и передавать готовый напиток потребителю.

Функцию определения момента, когда вода нагреется до заданного уровня, выполняет механизм сравнения сигнала на выходе датчика с эталонным сигналом (заданным сигналом) (рис.4).


Концептуальное изображение структуры для нагрева воды с учетом формирования сигнала завершения операции нагрева.
Рис.4 Схема структуры для нагрева воды с учетом формирования сигнала завершения операции нагрева

Для того чтобы процесс нагрева воды начался, предварительно необходимо подать сигнал о том, что процесс подачи холодной воды в емкость для нагрева завершен. За выполнение этой функции отвечает Механизм Контроля Завершения Подачи Воды (МКЗПВ), который получает информацию от датчика движения холодной воды (ВД1). Естественно, что очередная операция приготовления напитка может начаться только тогда, когда готовый напиток будет передан потребителю. Поэтому, на выходе должен будет установлен Механизм Контроля Завершения Выдачи Готового Продукта (МКЗВВ), который получает информацию от датчика движения нагретой воды (ВД2) (рис.5).


Концептуальное изображение структуры для нагрева воды с учетом формирования сигнала завершения операции нагрева.
Рис.5 Структурная схема технологической подсистемы для нагрева воды с учетом формирования информационных сигналов

А теперь обратите внимание, часть структуры системы, которую мы сформировали, объединяется понятием технологическая подсистема. Технологическая подсистема решает задачу преобразования входных продуктов в кофейный напиток. Но это еще не все. Подачей продуктов нужно управлять, а для этого нужна информация о ходе технологического процесса. И эту информацию технологическая подсистема тоже производит, как и кофейный напиток.

Очень важно. Обратите внимание еще на один момент. Каждый информационный сигнал (информационный продукт) о ходе процесса, это короткий импульсный сигнал, который появляется в каждом информационном канале (К1-К3) всего один раз за время технологической операции: К1 - подача специальных продуктов завершена; К – 2 качество продукта достигло заданного уровня; К3 - готовый продукт передан потребителю.

Это, в свою очередь, говорит о том, что внутреннее устройство технологической подсистемы совершенно не зависит от остальной части системы, которую мы еще не рассматривали. В этом отчетливо проявляется кибернетическая сущность системы. Но прежде доведем нашу модель до логического завершения.

После нагрева воды до заданной температуры, в неё подаются необходимые ингредиенты, а на выходе формируется кофейный напиток. Окончательно, упрощенный вариант представления технологической подсистемы преобразования будет выглядеть так (рис.6).


Изображение структуры технологической подсистемы.
Рис.6 Структурная схема технологической подсистемы

Каналы движения физических продуктов технологической подсистемы изображены черным цветом, а каналы движения информационных продуктов – синим. Холодная вода и необходимые ингредиенты объединяются понятием специальные продукты, электроэнергия относится к классу энергетических продуктов, а кофейный напиток – к классу результативных продуктов. С учетом этих обобщенных обозначений можно отобразить концептуальную модель технологической подсистемы с порционной подачей специальных продуктов (рис.7).


Изображение интерфейсной модели технологической подсистемы.
Рис.7 Интерфейсная модель технологической подсистемы

1.2 Подсистема управления производственной системы

Мы уже говорили о том, что подачей продуктов в технологическую подсистему необходимо управлять. Этим вопросом и занимается подсистема управления исследуемой системы. Давайте рассмотрим, как это примерно происходит.

Практически все объекты внутри кофейного автомата (рис.8) – системы. Все они одного класса, и мы этот класс обсудим чуть позже. Пока просто воспринимайте механизм М1 и каждую систему С1-С8, как объекты, выполняющий определенную функцию.


Изображение структуры кофейного автомата на уровне системного взаимодействия.
Рис.8 Структурная схема кофейного автомата на уровне системного взаимодействия

Все происходит следующим образом. Потребитель выбирает тип кофейного напитка, передавая в механизм выбора продукта М1, по каналу К4 свой выбор, оплачивает его передавая в систему накопления денежных средств С1, по каналу К5, требуемую денежную сумму. Сигнал подтверждения оплаты поступает в механизм М1, по каналу К6. Механизм М1 подает сигнал подсистеме управления (системы преобразования), по каналу К7, о необходимости начать системную операцию.

Подсистема управления (её отдельные механизмы мы рассматривать не будем) подает сигнал системе подачи холодной воды С3, по каналу К8. По каналу К12 вода подается в механизм нагрева технологической подсистемы. Получив по каналу К1 информационный сигнал о завершении процесса подачи воды, подсистема управления формирует сигнал системе С2, на подачу энергетического продукта, по каналу К16. Подача энергетического продукта по каналу К17 обеспечивает нагрев воды до заданной температуры, о чем подсистему управления оповещает информационный сигнал канала К2. Получив этот сигнал, подсистема управления подает сигналы системам подачи ингредиентов С3-С6 по каналам К12-К15, а технологическая подсистема, получив их, выдает сигнал системе подачи пластиковых стаканчиков по каналу К18. Система С7 передает системе С8 стаканчик, а система преобразования по каналу К19 передает в него свой результативный продукт – кофейный напиток, после чего технологическая подсистема формирует сигнал завершения второго этапа системной операции по каналу К3, а система С8 передает готовый продукт по каналу К20, потребителю.

Такова, вкратце, технология функционирования подсистемы управления. Сейчас главное понимать принцип.

1.3 Подсистема оптимизации производственной системы

Система, изображенная на рис.8 – это ещё не вся система. Любая система будет нормально функционировать только в том случае, если кроме очередности сигналов управления, они несут еще требуемую информацию об объемах или режиме подачи того или иного продукта. Например, подогревать воду можно с разной скоростью - от медленно, до очень быстро. В зависимости от режима подачи энергетического продукта будет меняться стоимостная оценка расхода энергетического продукта и время операции нагрева. Соответственно это будет приводить к изменению эффективности операций.

Процесс установки наиболее эффективного управления называется оптимизацией. Для этого технологическая подсистема, кроме всего прочего, должна в конце операции определять ее эффективность и передавать информацию в подсистему оптимизации (в нашем случае по каналу К20). А подсистема оптимизации должна устанавливать соответствие между управлением и эффективность, и выбирать наилучшее управление, например, в поисковом режиме (рис.9).

Наличие подсистемы управления позволяет системе решать системную задачу. Наличие подсистемы оптимизации позволяет максимизировать эффективность операций формируемых системой.

Для установки режима подачи энергетического продукта, на рис.9 показан канал К21.

Изображение структуры системы преобразования, раскрытая на уровне подсистем.
Рис.9 Структура системы преобразования, раскрытая на уровне подсистем

Что касается реально функционирующих кофейных автоматов, то у большинства из них вообще вода все время находится в подогретом состоянии, а все режимы управления устанавливаются на этапе наладки. Это означает, что система оптимизации в явном виде присутствует не всегда. Но нас интересует принцип и общая структура системы. А как объект исследования, технология приготовления кофе является достаточно простым и понятным, для каждого, примером. Что касается, собственно, укрупненной структуры системы преобразования, она и изображена на рис.9

2. Модель системы управления запасами

Производственная система, или система преобразования, обеспечивает получение необходимого продукта требуемого качества. Однако, это еще не полноценный продукт.

Обратимся к аналогии. Когда мы едим суп, то каждая ложка супа это отдельная порция. Но полноценным продуктом мы воспринимаем суп в виде продукта гораздо большего объема – тарелки супа.

Теперь вернемся к производственной системе. На выходе этой системы формируется продукт заданного качества. К этому продукту не предъявляются другие жесткие требования, относящиеся к времени подготовки этого продукта или к его объему. Все это потому, что задачу быстрой выдачи продукта требуемого качества и заданного объема решает другая система – система управления запасами или разделительная система.

То есть, в мире систем существует жесткая специализация. Производственные системы отвечают за качественные показатели, а системы управления запасами – за количественные и временные параметры. Таким образом, производственная система не имеет самостоятельной ценности без систем управления запасами.

Что же представляют собой эти системы? Рассмотрим это на примере системы управления запасами жидкости

2.1 Технологическая подсистема системы управления запасами

Теперь, когда мы синтезировали структуру производственной технологической подсистемы, и вы представляете, как происходит этот процесс, просто рассмотрим, как устроена технологическая подсистема системы управления запасами.


Изображение структуры технологической подсистемы системы управления запасами.
Рис.10 Структура технологической подсистемы системы управления запасами

Интересующая нас технологическая подсистема включает в себя: датчик движения жидкости (ДДЖ), механизм буферизации, датчик уровня жидкости (ДУЖ), механизм контроля завершения движения жидкости (МКЗДЖ) и три механизма сравнения.

Символами К1-К5 обозначены каналы связи технологической подсистемы с подсистемой управления. Как и в ситуации с производственной системой, такая структура технологической подсистемы обусловлена принципами объектно-ориентированного подхода к синтезу подсистемы. Обратим еще раз на них внимание.

Для того чтобы определить момент окончания подачи жидкости на вход технологического механизма (это наш специальный продукт), механизму контроля завершения движения жидкости необходимо непрерывно контролировать уровень сигнала на выходе датчика ДДЖ. Поэтому, и датчик и МКЗДЖ должны входить в состав технологической подсистемы. В тоже время на выходе МКЗЖД появляется импульсный сигнал только при завершении локальной операции подачи жидкости.

Те же соображения можно высказать по поводу датчика уровня жидкости (ДУЖ) и механизмов сравнения. Сигнал в каналах К2-К4 появляется однажды за время системной операции. Импульсный сигнал управления также появляется один раз за время системной операции.

Кроме того, сигналы каналов К1-К4 не несут информацию, связанную с особенностями протекания технологического процесса в подсистеме.

2.2 Подсистемы управления и оптимизации разделительной системы

Маленькое отступление. В заголовке этой части текста пришлось использовать альтернативное название исследуемой системы «разделительная система». Связано это с тем, что темой материала является подсистема управления. И вот здесь становится очевидна несостоятельность названия разделительной системы, как системы управления запасами.

Само по себе слово «управление» не должно входить в состав названия системы. Функция исследуемой системы не управлять запасами, а разделять производственные процессы. Об этом говорит и сама структура системы, которая включает в себя две подсистемы управления. Две потому, что одна из них связана с предыдущей производственной системой, а вторая - с последующей (рис. 11).


Изображение структуры технологической подсистемы системы управления запасами.
Рис.11 Укрупненная структура разделительной системы (системы управления запасами)

Подсистема управления подачей специального продукта, обеспечивает пополнение механизма буферизации. Она запускает процессы функционирования производственной системы, как только запасы снижаются до нижнего уровня, и прекращает подачу сигналов управления при достижении запасами верхнего уровня механизма буферизации.

Подсистема управления выдачей результативного продукта, контролирует нижний уровень запасов механизма буферизации. В том случае, если объем запасов не меньше потребности последующей системы, подсистеме формирует сигнал управления на выдачу результативного продукта.

Подсистема оптимизации получает сигнал эффективности операций технологической подсистемы, и последовательно устанавливает верхний и нижний уровень запасов для механизма буферизации.

3. Управляемая система

Мы рассмотрели две специальные системы, производственную систему (систему преобразования) и разделительную систему (систему управления запасами). Однако, функционировать они самостоятельно не могут. Для обеспечения функционирования систем, их необходимо объединять в управляемые системы. В таких управляемых системах производственные системы окружены разделительными системами (рис.12). Изображение структуры технологической подсистемы системы управления запасами.

ТП – технологическая подсистема; ПУ – подсистема управления; ПО – подсистема оптимизации.

Рис.12 Управляемая система

В данном случае управляемая система включает в себя две разделительные системы подачи энергетического продукта и специального продукта, а также одну разделительную систему потребления результативного продукта производственной системы. Управляемые системы, при определенных условиях, могут некоторое время функционировать изолированно от других управляемых систем. Для этого необходимо чтобы в разделительных системах, обеспечивающих подачу входных продуктов, были запасы этих продуктов, а в разделительной системе потребления продуктов производственной системы, была потребность в этих продуктах. Т.е., необходимо чтобы уровень запасов системы потребления был ниже верхнего уровня запасов.


Выводы.

Таким образом, в зависимости от объекта исследования под системой мы понимаем производственную систему, разделительную систему (систему управления запасами) или управляемую систему. Управляемая система состоит из производственной системы, окруженной разделительными системами.

Производственная система решает задачу получения продукта заданного качества. Разделительная система формирует выходной продукт с заданными количественными показателями. Управляемая система обеспечивает формирование потребительского продукта заданного качества и в необходимом количестве.


Главная | Контактная информация | Справочник кибернетика