10.2.3. Виды моделей процесса

Функциональные модели

Функциональные модели описывают функции, выполняемые основными составными частями технологического процесса (объекта) и системой управления процессом. Разработка функциональной модели является первым шагом на пути автоматизации. Она позволяет получить общее представление о процессе или системе. Функциональные модели обычно разрабатываются в виде технологических схем или в форме уравнений.

Модели физического процесса

Модели физического процесса определяют математические зависимости между всеми переменными изучаемого физического процесса. Модели физических процессов могут создаваться с помощью аналитических и экспериментальных методов.

Аналитический метод базируется на использовании основных законов физики, химии, механики. При использовании экспериментального метода для разработки моделей установившихся процессов применяется метод регрессионного анализа, в частности, подбор экспериментальных формул с помощью метода наименьших квадратов.

Экспериментальные методы получения моделей динамических процессов состоят в применении гармонических колебаний или ступенчатых функций для оказания возбуждающего действия на процесс и анализе реакции процесса на эти возмущения. Тип дифференциального уравнения, предназначенного для использования в качестве модели физического процесса, выбирается априори до проведения опытов (часто это обыкновенное линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами).

Необходимо отметить, что эксперименты, связанные с получением спектральных характеристик или с исследованием реакции процесса на ступенчатые функции, часто опасны и дорогостоящи, их проведение затруднено и может нарушить процесс.

Экономические модели

Экономические модели определяют зависимости между изучаемыми экономическими факторами и конкретизируют экономические цели. Уравнениями, представляющими экономическую модель, удобно манипулировать. Они позволяют получить решения для ряда условий, удовлетворяющих экономическим требованиям: например, получение максимальной прибыли при минимальных затратах.

Существуют два типа микроэкономических моделей, которыми обычно пользуются специалисты по управлению процессами: плановые экономические модели и производственные экономические модели.

Плановая экономическая модель определяет зависимости между изучаемыми экономическими факторами для наиболее выгодного вложения капитала. Цель обычно заключается в получении максимальной прибыли от капиталовложения за определенный период времени (2-25 лет). В число экономических факторов, рассматриваемых при таком изучении, может входить начальная величина капиталовложения на оборудование, затраты на производство продукции и техническое обслуживание, норма прибыли и графики амортизации, затраты на сырье и цены на продукцию. С помощью плановых экономических моделей можно получить ко­личественные оценки различных вариантов возможных мероприятий по управле­нию.

Производственные экономические модели определяют зависимости между экономическими факторами и конкретизируют цели выполнения процесса. Конечная цель процесса описывается математическим выражением, называемым це­левой функцией, которая, например, минимизируется при заданных ограничениях

Процедурные модели

В отличие от функциональных, процедурные модели описывают порядок действий по управлению процессами, объектами, предприятиями, ЭВМ. При автоматизации производства особый интерес представляют информационные процедурные модели, а также модели режимов и обеспечения безопасности работы

Способы управления обычно классифицируют в соответствии с характеристиками процесса, которые обусловливают применение того или иного специфического аппарата для исследования. К таким характеристикам относятся:

• стационарность или нестационарность,

• линейность или нелинейность,

• непрерывность или дискретность во времени,

• детерминированный или случайный характер процесса.

На рис. 10.3 показан обмен информацией, характерный для системы машинного управления процессом.

Рис. 10.3.Звенья системы машинного управления процессом

Каждому звену системы соответствуют те или иные перечисленные характе­ры процесса. Как видно из рисунка, все информационные процессы носят динамический характер. Только ЭВМ может иметь некоторый объем информации установившегося характера (например, информацию для построения моделей физических процессов, протекающих в установившемся режиме).

В такой системе могут использоваться математические зависимости как линейного, так и нелинейного вида. Это зависит от процесса и конкретных устройств, входящих в состав СУ, а также от принимаемых допущений. На участках до АЦП и после ЦАП в системе используется информация непрерывного типа, а на остальных участках ─ дискретного типа. Информация, используемая в системе, может быть также детерминированной или стохастической, что зависит от характера системы и принимаемых допущений.

Информационные процедурные модели определяют содержание, формат и скорость (частоту) потока информации. Они охватывают также контроль и проверку информации, учет и отчетность по ней, получение разрешений на представление некоторых видов информации, меры предосторожности против потерь информации в аварийных случаях и порядок работы по ее восстановлению при неисправностях и поломках.

Процедурные модели режимов и обеспечения безопасности работы описывают действия, изменяющие состояние объектов, предписания об ограничениях, налагаемых на ход работы по соображениям безопасности. К типичным режимам относятся пуск, останов оборудования и изменение нагрузки. При разработке этих моделей человек-оператор рассматривается как составная часть системы. Ему отводятся следующие функции:

• обеспечение ввода данных в ЭВМ,

• слежение за выходными данными с помощью измерительной аппаратуры и ЭВМ,

- привлечение к работе резервного оборудования и устройств,

- поиск и устранение ошибок в программах и неполадок в ЭВМ и оборудовании.

При обычном техническом подходе и при рассмотрении вопросов моделирования функциональную и процедурную модели часто игнорируют.