11.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

11.АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

 11.1.ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Высокий динамизм производственных процессов, возрастающие требования к повышению его эффективности привели к необходимости создания принципиально новой или корен­ного совершенствования сложившейся системы управления на предприятии.

Современному этапу развития приборостроения, микроэлектроники , машиностроения характерно:

1.Расширение функций и задач управления, усложнение объектов и законов управления. Решение этих задач связано с переходом от управления отдельными объектами к управлению технологическими процессами, от ynpaвления отдельными участками производства к управлению предприятиями и отраслями производства, т. е. переход к сложным многоцелевым системам управления;

2.Неопределенность свойств сложного объекта управления или процесса. Это обусловлено усложнением систем управления, влиянием внешней среды, взаимодействием отдельных подсистем управления, усложнением целей управления, критериев качества и др.;

3.Широкое применение средств вычислительной техники .Для реализации алгоритмов и оценки качества управления, создания систем управления с УВМ, многопроцессорных систем управле­ния, реализации диалога “человек—система управления”, повы­шения эффективности проектирования и исследования систем управления и эффективности производственного процесса.

Производственный процесс на любом предприя­тии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств и некоторых процессов микроэлектроники, и дискретных, чаще распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, большинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени “контроль—управление”. Так, технологический процесс механической обработки на станке является дискретным.. Вместе с тем если рассматривать отдельную операцию (например фрезерование), то на интервале времени фрезерования (одного рабочего хода) и управления параметрами сил режимов резания и др. процесс можно рассматривать как непрерывный и управление осуществлять в контуре автоматического управления или регулирования. Тот или иной тип технологического процесса определяет способ управления как основными, так и вспомога­тельными операциями и процессами объекта управления, возмож­ную полноту автоматизации технологического процесса.

Деление производственного процесса на фазы позволяет раз­рабатывать систему управления для фаз производства, так как каждая фаза имеет свои особенности независимо от конкретного вида изготовляемой продукции, локализована по месту и времени выполнения и является законченной частью производственного процесса. Конкретный вид изготовляемой продукции определяет состав технологических процессов различных типов (дискретный, непрерывный и др.) для каждой фазы производства, что влияет на выбор той или иной схемы системы управления с учетом до­стигнутого уровня автоматизации производства.,

В современном производстве наряду с совершенствованием технологических, процессов, энерговоору­женностью и оснащенностью механизмами все большее значение начинают приобретать вопросы организации производства, при­нятия решений на основе информации о его функционировании на всех уровнях.

Структуру производственного процесса производства можно представить в виде совокупности типовых задач управления независимо от типа и фазы производства (рис. 11.1).

Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физико-химических свойств или гео­метрических размеров изделий, материалов или сырья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной особен­ностью этой группы задач является необходимость решения их в реальном масштабе времени. Сюда, как правило, входят механическая, термическая и другие виды обработки, гальванопокрытия и т.п.

В данном случае имеем дело с управляемым технологическим процессом.

Управляемый технологический процесс — процесс для которого определены, основные входные (управляющие, управляемый и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, которые необходимо контролировать в реальном времени, установлены зависимости между входными воздействиями и выходными переменными (математические модели), разработаны методы их автоматического измерения и направленного изменения. В большинстве технологических процессов не только в машиностроении, но и в микроэлектронике, приходится сталкиваться с необходимостью измерения и управления такими величинами, как температура, давление, сила, время , сила электрического тока, напряжение и др. Рассматривая состав технологических процессов фазы обработки можно отметить преобладание процессов, управление которыми связано с необходимостью регулирования и поддержания физических параметров процесса в соответствии с заданными требова­ниями с помощью локальных контуров автоматического управления или программного управления. Время реакции системы секунды, доли секунды.

Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в требуемом режиме. Управляемый технологический процесс не может протекать вне и независимо от некоторой технической системы обеспечивающей условия протекания процесса и способы воздей­ствия на него. В этом смысле собственно процесс и технические средства, обеспечивающие его протекание, рассматриваются сов­местно. Однако при решении задач управления в ряде случаев удобнее разделять общую задачу на составные части и для каж­дой подзадачи выбирать свой способ решения. Обычно управле­ние процессом осуществляется подачей на органы управления технологическим оборудованием команд в соответствующие мо­менты времени. Оборудование может работать в автоматическом режиме, формируя необходимые воздействия на процесс по жест­кой программе. Такой режим работы присущ как правило, узко­специализированным автоматам, перестройка которых на иные режимы работы сопряжена с определенными трудностями, а в ряде случаев просто невозможна. Стремление обеспечить гибкость работы технологического оборудования привело к созданию станков и установок, работающих от внешней программы, смена которой позволяет быстро и легко перевести агрегат на иной требуемый режим работы из класса предусмотренных для программно-управляемого оборудования с ЧПУ.

Прямое программное управление по разомкнутой схеме в ряде случаев не оптимально вследствие трудностей предсказания реальных условий протекания процесса, учета случайных возмущений (разброс свойств материалов, изнашивание инструмента и т., п.). Для повышения качества управления в систему вводят обрат­ную связь, позволяющую получить информацию о выполнении команд управления, и систему измерений реальных условий протекания процесса для обеспечения адаптивного управления технологическими процессами. Технологическое оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить гибкость производства за счет быстрой перестройки режимов работы, а введением контуров обратной связи и адаптации в системе управления достигается — повышение эффективности работы оборудования. Время реакции — секунды.

Третий класс задач включает вопросы автоматизации процессов управления технологическим оборудованием в ходе вы­полнения их производственных заданий и их реализуют с помощью вспомогательного оборудования. Основной круг вопросов обслу­живания сводится, к решению задач по загрузке и разгрузке оборудования, смене деталей и. инструмента. Техническая реализация устройств обслуживания достаточно велика от простейших роликовых направляющих до сложных автоматических устройств, управляемых ЭВМ. Они могут быть составной частью технологи­ческого оборудования или их поставляют самостоятельно для работы в общей технологической системе. Время реакции — до десятков секунд.

К четвертой группе задач относят автоматизацию транспорт­ных операций. Автоматизация транспортных работ осуществляется на базе специального класса транспортных роботов и манипуля­торов. С помощью этих устройств и соответствующих систем управления организуется два материальных потока: поток заго­товок (деталей) и поток инструмента. Транспортными системами может управлять либо автономная система программного управле­ния, либо подсистема оперативного управления, входящая в об­щую систему управления. При проектировании транспортной системы существенное значение приобретают вопросы ее опти­мизации за счет выбора целесообразных маршрутов и алгоритмов управления.

Задача автоматизации складских работ имеет ряд специфиче­ских особенностей, однако в силу ряда обстоятельств ее часто решают совместно с задачей автоматизации транспортных про­цессов. Это объясняется тем, что эти подсистемы тесно связаны между собой в производственном процессе и наиболее приемлемые технические решения получают при совместном рассмотрении на начальном этапе проектирования, когда выбирают общую схему организации работ и формируют технические требования на отдельные устройства и подсистемы, входящие в систему транспортно-складских работ. Время реакции — десятки секунд.

Следует отметить, что такое деление производственного процесса на типовые задачи не лишено некоторой условности из-за отсутствия четких границ между задачами вследствие их неко­торого взаимного пересечения.

Таким образом, деление производственного процесса на фазы и анализ всех технологических процессов каждой фазы позволяют определять способ управления каждым технологическим процессом с последующим объединением подсистем в единую систему управления. В процессе объединения подсистем учитывают не только внутренние связи, но и связь с подсистемами управления, обслуживающих и вспомогательных подразделений. Свойства и особенности объекта управления являются опреде­ляющими для структуры системы управления, алгоритмов ее функционирования и потоков информации, циркулирующих в си­стеме.