книги из ГПНТБ / Ливенцев В.В. Кибернетика горных предприятий (основные положения) учеб. пособие

w — удельная сила сопротивления движению поезда,

кгіт; Ь — удельная тормозная сила, кг/т;

k — величина уклона или подъема пути.

Решение такого уравнения отнимает довольно много вре­ мени (10—20 мин), даже если этим занимается опытный специалист. Практически же при управлении поездом его нужно решить за несколько секунд, пока состав не перешел на другой участок пути, где характерные параметры уравне­ ния имеют уже совсем другие значения. Здесь на помощь че­ ловеку приходит машина, которая решает эту задачу за доли секунды.

Настоящее учебное пособие посвящено ознакомлению с возможностями применения идей кибернетики для совершен­ ствования управления производством в горной промышлен­ ности. Оно имеет целью ввести читателя в круг основных за­ дач горной кибернетики и подготовить его к пониманию и использованию новых методов и технических средств управ­ ления.

ГЛАВА I

КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 1. Структура системы

Так, например, системами являются угольная шахта, руд­ ник, очистной забой, электровоз, горный комбайн и т. д. Кри­ терием для выделения совокупности элементов в систему служит степень связности элементов внутри системы и систе­ мы с внешним миром. Чем больше объединены элементы внутри системы и чем больше обособлена эта совокупность элементов от внешнего мира, тем больше оснований рассмат­ ривать ее в качестве системы.

Кибернетический подход отличается относительностью точки зрения на систему в том смысле, что одна и та же со­ вокупность элементов в одном случае может рассматриваться как система, а в другом случае при решении других задач — как часть некоторой большей системы, в которую она входит.

Вполне обоснованно можно назвать угольный комбайн системой. Однако более сложная совокупность элементов, включающая угольный комбайн, обслуживающую его брига­ ду горнорабочих и очистной забой, также является системой. В свою очередь очистной забой с машинами и людьми пред­ ставляет часть более крупной системы — угольной шахты.

11

По существу весь мир состоит из множества систем, каж­ дая из которых содержится в более крупной системе подобно множеству пустотелых кубиков, вложенных друг в друга. Всегда можно представить себе более обширную систему, в которую входит данная, и всегда можно выделить из данной системы более ограниченную.

Все системы для удобства изучения можно классифици­ ровать по тем или иным признакам, принимая тот или иной критерий.

Прежде всего системы можно разделить по признаку на­ личия в них процессов управления на кибернетические и неки­ бернетические.

Применимость понятий «кибернетическая система» или «некибернетическая система» к определенной, конкретной системе зависит не только от самой системы, но также и от точки зрения и целей исследователя, рассматривающего эту систему. Поэтому одна и та же система может рассматри­ ваться и как кибернетическая, и как некибернетическая. Так, например, проходческий комбайн может рассматриваться как система, в которой происходят процессы управления, т. е. как кибернетическая система, при создании устройств, авто­ матизирующих работу комбайна по проведению подготови­ тельной выработки заданного сечения и по заданному направ­ лению. Однако при решении других задач этот же комбайн может изучаться как конструкция, обладающая определенной устойчивостью при проведении выработок с различным углом наклона; как объект, обладающий определенной энергоемко­ стью, и т. д. Во всех этих случаях нас не интересуют процессы управления, происходящие в комбайне, и поэтому мы вправе при таких целях исследования считать проходческий комбайн некибернетической системой.

Таким образом, термин «кибернетическая система» харак­ теризует не столько определенный класс систем, сколько под­ ход к их рассмотрению; подход, основанный на изучении свойств и особенностей системы как материального носителя процессов управления. В связи с этим кибернетические систе­ мы называются также системами управления.

Кибернетическая система обычно состоит из двух подси­

12

По каналу прямой связи передаются управляющие воз­ действия, а по каналу обратной связи — информация об управляемом объекте.

На каждую систему обычно оказывает влияние бесчислен­ ное множество различных внешних воздействий или помех. Из их множества отбирают лишь те, которые в условиях решаемой задачи управления существенно влияют на состоя­ ние системы. Эти внешние воздействия называются возму­ щающими воздействиями.

Системы, в которых имеется только прямая связь, отно­ сятся к классу разомкнутых систем. Те же системы, в которых имеются как прямая, так и обратная связь, относятся к клас­ су замкнутых систем.

Например, для калориферной установки главного ствола шахты основным возмущающим воздействием является тем­

достигаться с требуемой точностью путем установления рас­ хода Q пара в калориферной установке в соответствии с тем­ пературой наружного воздуха по некоторой заранее установ­ ленной функциональной зависимости Q—F(tH). Персонал, обслуживающий калориферную систему, наблюдая за показа­ нием термометра, измеряющим tH, и показанием расходомера, измеряющим Q, воздействует на органы управления (вентиль паропровода), обеспечивая требуемую функциональную зави­

13

управление калориферной системой, обязав персонал увели­

уменьшать его в противоположной ситуации. В данном случае мы будем иметь замкнутую систему (рис. 2,6).

в

Рис. 2. Схема управления подогревом воздуха в стволе шахты

спомощью калориферной установки:

а— р а з о м к н у т ая система; б —замкнутая система; в—комбинированная система,

управления

14

когда возмущающих воздействий много и не все они могут быть измерены, а также в случаях, когда неизвестно наперед влияние возмущений на управляемые величины.

Преимущество разомкнутых систем управления заклю­ чается в том, что управляющие воздействия изменяются в соответствии с изменением возмущающих воздействий сразу,

воздействий участвует как информация об основных возму­ щающих воздействиях, так и информация о значении управ­ ляемых величин (рис. 2, в).

Обратные связи в кибернетических системах бывают по­ ложительные и отрицательные. Если обратное воздействие усиливает процесс, говорят о положительной обратной связи. Если же обратное воздействие замедляет процесс, говорят об отрицательной обратной связи.

Наличие обратных связей в кибернетических системах спо­ собствует целенаправленному изменению состояний системы. Однако следует отметить, что обратная связь в системах управления должна быть ограниченной, так как в противном случае при наличии чрезмерной обратной связи система при­ ходит в самопроизвольные колебания, которые становятся все сильнее и в конце концов либо разрушают систему, либо делают ее практически неуправляемой.

Состояние любой системы можно характеризовать сово­ купностью значений величин, определяющих ее структуру. Так, если некоторая система характеризуется набором опре­ деленных значений переменных хи х2, хп, то система может быть представлена как точка в л-мерном пространстве с коор­

Пространство, в котором каждое состояние системы изо­ бражается определенной точкой, называется пространством состояний системы.

В реальных системах горной промышленности не все коор­ динаты систем могут изменяться в неограниченных пределах. Большая часть координат может принимать лишь значения,

15

Область пространства состояний, в которой может нахо­ диться изображающая точка, называется областью допусти­ мых состояний.

Так, если мы рассматриваем лаву на угольной шахте как систему с двумя координатами, одной из которых является скорость движения воздушного потока в призабойном про­ странстве лавы V, місек, а другой — концентрация метана на вентиляционном штреке С, %, то область допустимых со­ стояний лавы как вентиляционной системы характеризуется следующими условиями:

Рис. 3. Область допустимых состояний лавы как вентиляцион­ ной системы

16

Следует отметить, что деление систем на непрерывные и дискретные является условным. Реальные системы обычно можно рассматривать и как непрерывные, и как дискретные. Все зависит от цели и методов исследования системы.

Производственные процессы на горнодобывающих пред­ приятиях являются весьма трудоемкими. В производственных системах горных предприятий, как правило, участвует боль­ шое число людей.

В процессе ручного труда или непосредственного воздей­ ствия на систему управления технологическим оборудованием человек изменяет показатели процесса, влияет на вели­ чину его критерия эффективности непосредственно. В то же время воздействие человека на управляемую им систему мо­ жет осуществляться и не только в виде изменения ее показа­ телей. Например, в случае отказа машины или механизма человек осуществляет поиск неисправности. Здесь воздей­ ствие человека на отказавшую систему осуществляется не в процессе производства продукта, а косвенно: найти и устра­ нить причину отказа системы в заданное (или минимальное) время, оценить создавшуюся ситуацию и принять решение.

В производственных системах человек выступает прежде всего в роли управляющего звена системы.

Взаимосвязи, которые устанавливаются между людьми в производственном процессе, во многом определяют характе­

При создании систем, в которых действует некоторое мно­ жество людей, недостаточно учитывать лишь последователь­ ность связей их друг с другом. Если система, в которой дей­ ствует один человек, управляется индивидуумом, то при уча­ стии в системе нескольких людей система управляется коллек­ тивом. В самом деле, коллектив — это совокупность людей, объединенных целью и корректирующих свою деятельность в соответствии с целью системы, в которую они входят в каче­ стве управляющих звеньев.

§ 2. Системы управления горных предприятий

Системой управления горного предприятия называется взаимосвязь звеньев управления и исполнителей друг с дру­ гом. В зависимости от того, каким образом - осуществляется

18

эта взаимосвязь, различаются следующие системы управ­ ления: а) линейная, б) функциональная, в) линейно-функ­ циональная, г) с консультативными органами.

Линейной системой управления называется такая система, при которой исполнитель имеет одного единственного началь­ ника, осуществляющего всестороннее руководство его деятель­ ностью. Схематически такая система управления показана на рис. 5. Положительной стороной линейной системы управле-

Рис. 5. Схема линейной системы управления

ния является четкость организации руководства: каждый под­ чиненный знает только одного своего начальника и получает от него все указания. Отрицательной стороной является то обстоятельство, что при возрастающей специализации произ­ водства начальник не может быть одинаково сведущ во всех вопросах хозяйственной и технической деятельности. Зачастую оказывается, что в узких вопросах техники и технологии под­ чиненные разбираются значительно лучше своего начальника. В этих условиях квалифицированно руководить всеми работа­ ми на своем участке деятельности один начальник не в со­ стоянии. Поэтому становится целесообразным, чтобы испол­ нители имели также начальников по каждой специальной об­ ласти или, как говорят, по каждой функции работника. Так возникает функциональная система управления.