Морфологічні характеристики управління технічними системами

Завданням підрозділу є розглянути морфологію систем управління технічними системами, що не є великою таємницею, оскільки вона морфологічно відокремлена від зовнішнього середовища і її творця - людини і матеріалізована у окремому приладі, що додається, як правило, до об’єкта управління.

Сухою мовою теорії автоматизованого управління вона зводиться до регулятора, об’єкта управління і облаштування управління. Обладнання управління - сукупність пристроїв, за допомогою яких здійснюється управління входами об’єкта управління. Регулювання - окремий випадок управління, мета якого полягає в підтримці на заданому рівні одного або декількох виходів об’єкта управління.

А самі технічні системи виглядають як одновимірні, тобто системи з одним входом і одним виходом, і багатовимірні - системи з декількома входами і виходами. Обов’язковим елементом є зворотний зв’язок, при якому на вхід регулятора подається дійсне значення вихідної змінної, а також задане значення регульованої змінної.

Зовсім по-іншому морфологія системи автоматизованого управління (САУ) постає у дзеркалі філософії управління. Металеві конструкції оживають і наповнюються зовсім іншим життям. У філософії техніки піонерами біологічних інтерпретацій, безумовно, виступають Е. Капп і П. Енгельмейєр. У праці “Учение об изобретении” П. Енгельмейєр пише, що, якщо у формулі дарвінізму замінити скрізь “слово організм, словом винахід, то отримаємо точну картину історії техніки” [Цит.: 561, с. 93].

Цей хід думки, ймовірно, був обумовлений, з одного боку, принципом “органопроекції” Е. Каппа, який П. Енгельмейєр аналізував і критикував у своїй праці, з другого, - зіставленням організму і механізму (до такого порівняння зверталося на початку століття багато філософів), з третього, - пошуками підстав для встановлення наукових “законів” розвитку техніки. Було спокусливо узагальнити теорію еволюції Дарвіна, розширивши її до сфери артефактів.

Для доведення своєї гіпотези П. Енгельмейєр, по-перше, намагається показати, що основні біологічні феномени можна поставити у відповідність до певних технічних явищ (наприклад, біологічну особину - до конкретного екземпляру винаходу, відбір - до результатів випробування винаходу на практиці і т. ін.), по­друге, доводить, що і в техніці можна провести ідею природного відбору. “З одного боку, нововведення повинне відповідати і пристосовуватися до вимог практики, з іншого, - воно вступає в єдиноборство з однорідними конкуруючими речами... Зрозуміло, коли йдеться про боротьбу винаходів між собою, ми не забуваємо, що борються не самі винаходи, а люди” [561, с. 92, 94].

Морфологія системи управління технічними системами має свою специфіку, оскільки вона будується на трьох фундаментальних принципах: 1) розімкнене управління; 2) замкнуте управління (зворотний зв’язок); 3) компенсація відхилень/збурень [76, с. 37].

Більш складну морфологію мають соціальні мережі, наприклад, Інтернет. Це принципово новий тип структури віртуальних систем. Інтернетонни (англ. Internet) - всесвітня система об’єднаних комп’ютерних мереж, побудована на базі IP і маршрутизації IP- пакетів [196]. Інтернет утворює глобальний інформаційний простір, слугує фізичною основою для Всесвітньої павутини (World Wide Web, WWW) і безлічі інших систем (протоколів) передачі даних. Часто згадується як Всесвітня мережа і Глобальна мережа, у мові іноді вживають скорочені найменування инетонни. Нині під словом “Інтернет” найчастіше мається на увазі Всесвітня павутина і доступна в ній інформація, а не фізична мережа.

Інтернет - це широка, розгалужена (розподілена) мережа, яка вміщує в собі комп’ютерні вузли, що розподілені по усьому світу. Відповідно до деяких джерел Інтернет мережа охопила понад 100 країн, поєднала близько 40 тис. окремих мереж, з яких 1,7 млн. вузлових комп’ютерів. Коли Ви з’єднуєтесь з Інтернетом, ваш комп’ютер стає частиною цієї всесвітньої мережі комп’ютерів. Інтернет - це мережа мереж комп’ютерів, величезна кількість мереж, які поєднані за допомогою міжмережевих шлюзів.

1) всі мережі згодні використовувати єдині умовні означення, щоб вирішити, яким чином дані будуть переміщені, і як помилки будуть оброблені;

2) всі мережі в Інтернеті мають спільний шлях адресації повідомлень і спеціальну ідентифікацію комп’ютерів, які знаходяться в системі Інтернет.

Інтернет це не компанія, не існує єдиної влади, яка б керувала Інтернетом. Кожна автономна мережа у складі Інтернету має свої особисті правила, інструкції і приймає рішення щодо загальної доступності інформації. Ніхто не є власником Інтернету. Мережі Інтернету можуть надавати доступ до ресурсів інформації, послуг зв’язку (електронна пошта або e-пошта, інформаційні табло, комп’ютерні конференції, архіви даних, спільне програмне забезпечення, інтерактивні каталоги бібліотек, передача файлів тощо). Інтернет - це система, яка безперервно розвивається людьми, які користуються її послугами.

Незважаючи на усмішки професіоналів, Інтернет можна порівняти з “інформаційною магістраллю”. Це розподілена, з багатьма гілками мережа доріг, до складу якої входять швидкісні траси, шосе, невеличкі стежки. На кожному перехресті установлено комп’ютер, через який потрібно дістатися до іншого, і таким чином далі, поки не буде пункту призначення.

Будь-який комп’ютер в системі Інтернет можна з’єднати з іншим будь-яким комп’ютером за допомогою “дорожньої карти”. Якщо дорога до того місця, куди треба дістатися, закрита, автоматично буде знайдено об’їзд. Розбіжність у роботі Інтернету і дорожньої мережі полягає у швидкості руху. Дістатися до США можна за такий же час, що й до найближчого перехрестя. Після того, як Ви прибудете на потрібний пункт, можна на відстані управляти комп’ютером цього пункту. Можна за долі секунди вибрати та одержати потрібну інформацію.

Морфологію систем управління технічними системами, тобто елементи і структуру, пояснює філософія управління, оскільки вичерпно відповідає на питання: що собою являють суб’єкт і об’єкт управління технічними системами?

Суб’єктом управління виступає у цій сфері людського буття кваліфікований спеціаліст - оператор, інженер, диспетчер, управляюча машина (АСУ, АСУП). Міра його втручання у саморегуляційні процеси саморозгортання технічної сфери визначається обсягом і змістом знань і мірою саморозгортання науково-технічного прогресу.

Сьогодні, під час сучасного етапу науково-технічної революції, міра проникнення людини у сферу управління технічними системами значно зростає. Це наочно видно на проникненні комп’ютерної техніки і інформаційних технологій в управління технічними системами.

Об’єктом управління є технічні, технологічні, транспортні, енергетичні, управлінські процеси [76, с. 37]. Об’єкт управління та управляюча система - штучно виготовлені людиною [75, с. 77].

Тип структури управління - стабільний, оскільки вона спеціально створена під умови певного середовища і реалізацію визначених функцій.

Джерело управлінського впливу знаходиться у зовнішньому середовищі, конструктивно виконане як окрема самостійна підсистема у вигляді приладу управління. Складність морфології системи управління технічними системами визначається, як мінімум, двома факторами: 1) розмірністю системи або загальною кількістю параметрів системи, що характеризують її стан; 2) складністю структури системи, що визначається загальною кількістю зв’язків між її елементами та їх різноманіття [75, с. 76].

Обов’язковим елементом морфології системи управління технічними системами є прилад, що відповідає за зворотний зв’язок в техніці - це процес, що призводить до того, що результат функціонування будь-якої системи впливає на параметри, від яких залежить функціонування цієї системи [345]. Іншими словами, на вхід системи подається сигнал, пропорційний її вихідному сигналу (чи, в загальному випадку, що є функцією цього сигналу). Часто це робиться навмисно, щоб вплинути на динаміку функціонування системи.

Розрізняють, що для нас принципово важливо, позитивний і негативний зворотний зв’язок. Негативний зворотний зв’язок змінює вхідний сигнал так, щоб протидіяти зміні вихідного сигналу. Це робить систему стійкішою до випадкової зміни параметрів. Позитивний зворотний зв’язок, навпаки, посилює зміну вихідного сигналу. Системи з сильним позитивним зворотним зв’язком проявляють тенденцію до нестійкості, в них можуть виникати незгасаючі коливання, тобто система стає генератором.

Будь-який вид управління, в тому числі управління технічними системами, пов’язаний з передачею інформації. Зазвичай, інформацію передають за допомогою умовних сигналів, у закодованому вигляді. Сигнали в техніці передаються по каналах електричного зв’язку, тобто мають енергетичну природу. Вони є засобами реалізації управління. Як правило, сигнали в системі управління бувають двох видів: одні містять команду або наказ зробити що-небудь (такі сигнали називаються керівниками, що регулюють), інші - повідомляють про виконання команди або про реакцію у відповідь об’єкта управління. Для кожного виду сигналів є свої канали зв’язку: від об’єкта, що управляє, до керованого (так подаються команди) і від керованого об’єкта до керівника (шлях інформації у відповідь). Ці канали передачі інформації дістали назви: прямий і зворотний зв’язок.

Якщо тим або тим процесом управляє людина, то вона сама спостерігає (безпосередньо або за приладами) і оцінює результати своїх дій. А в системах автоматичного управління роботою машин управляє автомат (див. Автомат, автоматика). І в цьому випадку зворотний зв’язок абсолютно потрібний. Розглянемо, наприклад, як працює регулятор Уатта, за допомогою якого частота обертання валу, наприклад, парової машини, підтримується постійною. Якщо вал машини, на якому розташований регулятор, починає обертатися занадто швидко, то кулі регулятора розходяться. В результаті переміщаються важелі, що зв’язують кулі з клапаном подання пари в машину, і прикривають клапан, зменшуючи подання пари. Негайно ж частота обертання валу зменшується. І, навпаки: якщо вал машини обертається повільно, кулі регулятора зближуються, в результаті важелі відкривають клапан, збільшуючи доступ пари в машину. У цьому прикладі пряма дія - обертання валу парової машини і реакція у відповідь регулятора - відкривання або закривання клапана подання пари

Дія зворотного зв’язку при цьому проявляється двояко: керований, регульований процес може або посилюватися, або послаблюватися. Якщо, наприклад, частота обертання валу машини внаслідок дії зворотного зв’язку безперервно збільшується, то такий зворотний зв’язок називається позитивним.

Якщо результатом дії зворотного зв’язку є послаблення регульованого процесу, то такий зворотний зв’язок називається негативним. Усі, без винятку, автоматичні регулятори діють за принципом негативного зворотного зв’язку. Кожен регулятор має чутливий елемент - датчик, або первинний перетворювач: пристрій, який чутливо реагує на зміни частоти обертання валу машини, рівня рідини у баку, температури в печі, концентрації кислоти в розчині. Наприклад, в поплавцевому регуляторі рівня води в резервуарі - одному з простих автоматичних регуляторів - поплавець піднімається або опускається разом з водою і тягне за собою важіль. Коли вода піднімається вище за потрібний рівень, поплавець піднімається разом з нею і тягне за собою важіль, який переміщає заслінку, закриваючи доступ води в резервуар. Тим самим досягається постійний рівень води в резервуарі. Так, завдяки зворотному зв’язку в системі автоматичного управління об’єкт управління як би сам стежить за своїм станом. І за допомогою зворотного зв’язку він може або змінювати свій стан за певним законом, або підтримувати його постійним, незмінним.

3.3.