Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

только в этом случае оказывается возможным использовать остав­ шиеся исправными степени свободы поврежденной ноги.

На практике эти принципы реализуются с помощью эвристи­ ческих приемов. Но если имеется математическая модель, то их реализация облегчается. Например, принцип концентрации усилий реализуется с помощью сведения задачи достижения цели к достижению глобального экстремума, для чего система должна допускать интерпретацию в виде экстремальной модели. При программировании манипулятора это приводит к минимизации расстояния между схватом манипулятора и точкой цели, при этом движение осуществляется на пересечении многообразий, заданных кинематикой манипулятора. При включении в число ко­ ординат состояний датчиков, расположенных на схвате манипуля­ тора, оказывается возможным свести к такой форме задачу по­ строения более сложных движений (отыскать предмет, взять предмет и т. п.).

Рассмотренные системы представляют собой единство конструк­ ции, энергии и информации, и в неоднородной структуре возможны обменные соотношения между этими компонентами. Например, требования к механической части манипулятора, управляемого непосредственно человеком-оператором, оказываются значительно выше по сравнению со случаем, когда оператор управляет мани­ пулятором с помощью вычислительной машины (поскольку зало­ женные в ней алгоритмы позволяют корректировать многие де­ фекты механической системы). Здесь появление нового уровня — вычислительной машины — позволяет уменьшить затраты на конструктивном уровне за счет увеличения затрат на информацион­ ном уровне.

Аналогичное явление имеет место и в шагающих машинах: чем больше число ног, тем проще управление системой, например для поддержания равновесия. Если обратиться к животному миру, то у насекомых многоножек, у которых число ног больше шести, примитивная нервная система, у млекопитающих уже че­ тыре ноги и более развитая нервная система, а у человека только две ноги и чрезвычайно сложная нервная система.

В отличие от систем с искусственно введенной избыточностью, где исходная задача погружена в расширенную систему, в много­ целевых системах с естественной избыточностью каждая из задач погружена во множество пересекающихся задач, которое и обра­ зует расширенную систему. По сути дела в таких системах отсут­ ствуют элементы, введенные только для увеличения надежности или других показателей качества решения отдельной задачи, что увеличивает эффективность систем. В этом проявляется качествен­ ное отличие многоцелевых систем от одноцелевых. Рассмотрим для примера простую математическую модель.

Предположим, что имеем систему стремя иерархическими уров­ нями Y lt Y 2, Y3, где Y х — первый низший уровень; достижение цели на уровне Y х заключается в том, чтобы сумма элементов atjk

40

достигла определенной величины Аа\на уровне К2 — в том, чтобы

/, у, к — индексы цели, на достижение которой в соответствии

с принципом доминанты может быть ориентирована вся система. Если достигается цель с индексом г, то на всех уровнях эле­

Каждый из элементов может входить в эти суммы при дости­ жении различных целей в многоцелевой системе, но в одноцелевой системе имеем крайний случай, когда каждый из элементов входит в сумму только для какой-либо одной цели, т. е. элементы со сме­ шанными индексами равны нулю.

Далее для достижения цели всей системой необходимо полу­ чить определенные суммы:

+ В[ + С;, Aj Bj + С/, Ak + Bk + Ck,

откуда и вытекает возможность обменных соотношений между уровнями.

Развитие теории многоцелевых систем еще только начинается. За последнее время появилось большое количество таких систем, что связано с бурным научно-техническим прогрессом (по-види­ мому, только многоцелевые системы могут избежать опасности быстрого морального старения).

Системы программного управления оборудованием (в частности, робот-манипулятор) по своим задачам являются многоцелевыми системами и поэтому они содержат естественную избыточность. Разработка алгоритмов управления систем с избыточностью яв­ ляется первостепенной задачей.

8. АРХИТЕКТУРА ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

Структура системы (архитектура) отражает детальное описание связей между системными компонентами. Разработка структуры системы требует четкого определения функциональных свойств последней, а сама постановка задачи должна быть выражена

41

в соответствующих терминах. Основным этапом в разработке структуры системы считается выработка требований к аппаратуре, средствам программирования, размерам массивов данных, си­ стеме команд и т. д. Все эти требования преследуют одну цель — максимальную гибкость системы в различных областях приме­ нения.

Методы и пути внедрения интегрированных систем управления производством могут быть различными.

Потребитель может иметь «классический» информационновычислительный центр с расширяющимся и непрерывно пополня­ ющимся списком задач управления производством. В этом случае сначала обрабатывается информация, связанная с производствен­ ным планированием. На следующем этапе производится миними­ зация в вертикальном разрезе системы и вводятся функции дина­ мического планирования и управления. Затем строятся линии связи между различными уровнями внутри предприятия. После этого вводится автоматическое управление оборудованием. На по­ следнем этапе производится интеграция всех отдельных подсистем в одну систему управления предприятием. Причем процесс услож­ нения системы будет продолжаться все время, поскольку круг задач расширяется непрерывно и структура системы будет расти как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Время ввода в действие начальной (упрощенной) системы оценивается сроком в пять—семь лет, а всей системы — в 10— 12 лет. В течение всего этого периода требования к совместимости отдельных под­ систем, несмотря на их раздельное развитие, должны сохраняться.

Другой путь построения системы может начинаться с введе­ ния системы управления оборудованием, системы контроля, системы непосредственного сбора данных. Далее рост системы в целом будет осуществляться в горизонтальном направлении путем добавления аналогичных задач. Только после этого можно перейти к следующему более высокому уровню, включающему планирование и функции операционного управления.

Могут быть и отклонения от описанных путей развития си­ стемы, но во всех случаях структура ее должна быть приспособ­ лена к тому, чтобы рост системы не влиял на перестройку уже построенных звеньев.

Непрерывные изменения в системе, сопровождающиеся заме­ ной одних ее блоков, усовершенствованием других и т. д., при­ водят к необходимости создания адаптивных, обучающихся систем, позволяющих без их смены решать разные задачи путем пере­ обучения.

В [46] сформулированы основные требования к структуре системы.

1. Совместимость форматов данных на всех системных уро нях. Сюда же относится и стандартизация информационных струк­ тур на магнитных лентах. Если обработка, хранение и формиро­ вание данных производятся лишь внутри определенной подси-

42

стемы, то структура данных оптимизируется для этой специальной среды.

2.Совместимость программирующего языка на всех уровнях. Могут быть и отклонения от этого принципа, например на низшем уровне управляющей иерархии часть задач программируется на специализированных языках.

3.Непротиворечивость номенклатуры элементов на всех уровнях.

4.Эффективность коммуникаций между отдельными устрой­ ствами.

5.Эффективность коммуникаций между ЭВМ и потребителями

имежду данной ЭВМ и ЭВМ на других предприятиях.

6.Возможность независимой работы подсистем на низшем уровне.

7.Возможность более полной интеграции по сравнению с на­ стоящим временем воспринимающих систем с операторно-ориен­ тированными системами на низших иерархических уровнях.

8.Гармоничная интеграция ЭВМ, обладающих различными возможностями, в единой системе.

Основные элементы системы и их функции

Процессоры. Автоматизация предприятий требует широкого набора процессоров, начиная от малых и кончая максимальными. По мере продвижения по иерархической структуре вниз к уровню управления оборудованием требования, чтобы система работала в реальном масштабе времени, растут. Операции, производя­ щиеся в реальном масштабе времени, требуют наличия схем прерывания, датчиков времени, схем защиты памяти, автомати­ ческого обнаружения ошибок и т. п. Очень важно на уровне автоматизации производства иметь возможность разделять функ­ ции между схемными решениями и средствами программирования, что часто необходимо при изменении производственного процесса; так, например, IBM-1800 имеет 24 уровня прерывания, что очень удобно, так как практически каждое устройство имеет свой отдель­ ный уровень прерывания и идентификация производится не­ медленно.

Связь. Возрастающее внедрение ЭВМ в производство требует расширения и совершенствования систем связи. При этом тре­ буется высокая различимость сигналов. Для улучшения связи при передаче больших массивов информации используются мультиплексорные системы (системы с параллельной передачей), коаксиальные кабели с широким частотным диапазоном для связи между процессорами, специальная сеть для устройств ввода ин­ формации.

Устройства ввода-вывода. Канал непосредственной передачи информации является физическим соединением аппаратуры потребителя с ЭВМ через устройства ввода-вывода. Большой

43