The concept of intelligent control system of small-scale production

Abstract


The relevance of the research topic is determined by the rapid development of technology, the variability of the external environment and the beginning of the third industrial revolution, which leads to instability, uncertainty and complexity of the modern world. It is noted that the existing production management tools do not meet new challenges, and that new management tools are needed to ensure the flexibility and effectiveness of production in a volatile environment. The article proposes the concept of creating intelligent control systems for industrial enterprises based on knowledge, fuzzy logic and intelligent information processing. An industrial enterprise is viewed as a complex system consisting of hierarchies of goals, decision making and business processes. A brief analysis of the main types of automated production management systems, such as ERP, APS, MES, SCADA and APCS is given. It is noted that in connection with the transition to industry 4.0, there is a need to create intelligent control systems (ICS) based on knowledge, fuzzy logic and intelligent information processing. It is proposed to develop existing automated control systems by creating built-in intelligent elements capable of automatically solving optimal control problems and influencing production by transferring control actions to the control system. The system is developed on the basis of mutually integrated standard automated control systems and the situational center of the enterprise. The implementation and use of ICS will increase the speed and efficiency of decision-making, allowing enterprises to better adapt to changes and optimize the use of resources.

Full Text

Промышленное предприятие рассматривается как большая и сложная система (производственная система), представляющая собой совокупность иерархии целей, принятия решений и бизнес-процессов (внутренние иерархии) [1]. Считается, что производственная система функционирует в окружении рынков продукции, сырья, труда и инноваций, взаимодействуя с этими рынками путем обмена информацией, материальными и трудовыми ресурсами. Внешней средой для производственной системы также является общество, находящееся на определенном уровне развития, преследующее некоторые цели и взаимодействующее с производственной системой через политические, экономически и социальные институты.Производственная система вынуждена постоянно адаптироваться к тем изменениям, которые происходят в окружающей ее среде, путем модификации и развития своих внутренних иерархий. Она состоит из совокупности взаимосвязанных сбытовых, производственных и снабженческих подразделений, объединенных единой целью, направленной на выполнение плана производства готовой продукции в заданном объеме и в заданные сроки.Для достижения этой цели на предприятии должна функционировать информационная система управления, позволяющая в короткие сроки решать большинство возникающих производственных задач.Известны основные виды автоматизированных систем управления производством, актуальные на сегодняшний день [2; 3]:1. ERP-системы – автоматизированные системы управления, реализующие в себе процессы управления производством, управления трудовыми ресурсами, финансового менеджмента и управления активами, ориентированные на непрерывную балансировку и оптимизацию ресурсов предприятия, обеспечивающие общую модель данных и процессов для всех сфер деятельности предприятия.2. APS-системы – программное обеспечение для синхронного производственного планирования, главной особенностью которого является возможность построения сквозного расписания работы оборудования в рамках всего предприятия.3. MES – специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. 4. SCADA – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Данные системы относятся к оперативному уровню управления.5. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – группа решений технических и программных средств, предназначенных для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях.Однако в настоящее время они перестали отвечать современным вызовам промышленности в рамках перехода на индустрию 4.0 и использование инструментов для построения безбумажного цифрового производства. Поэтому в последнее время стали задумываться над созданием интеллектуальных систем управления (ИСУ), основанных на знаниях, нечеткой логике и интеллектуальной обработке информации [4–9]. Практическая реализация и использование интеллектуальной системы управления производственным предприятием позволит перераспределить задачи между уровнями управления и значительно повысить оперативность и эффективность принимаемых решений, сделает управленческую деятельность более сбалансированной и обоснованной. Это даст возможность предприятиям быстро реагировать на изменения внешней и внутренней среды, оперативно реагировать на возникающие проблемы и обеспечивать высокий уровень эффективности использования ресурсов.Интеллектуальные системы должны быть способны автономно понимать и контролировать внешнюю среду путем активного и адаптивного взаимодействия с реальным миром, а также взять на себя часть деятельности человека в этом мире. Таким системам необходимо справляться с неполнотой, неопределенностью и изменчивостью информации, характерным для реального мира. К новым функциям таких систем можно отнести понимание воздействий окружающей среды, моделирование реального мира, планирование последовательности действий, оптимальное управление с целью достижения желаемого результата, элементы адаптации и самоорганизации [4–6]. Интеллектуальные системы управления (intelligent control systems) [7] – это системы управления, способные к «пониманию» и обучению в отношении объектов управления, возмущений, внешней среды и условий работы. Основное отличие интеллектуальных систем – наличие механизма системной обработки знаний. Главная архитектурная особенность, которая отличает ИСУ от «традиционных» систем, – это механизм получения, хранения и обработки знаний для реализации своих функций. В основе создания интеллектуальных систем управления лежат два принципа: ситуационное управление (управление на основе анализа внешних ситуаций или событий) и использование современных информационных технологий обработки данных и знаний [8; 9].Интеллектуальные системы управления определяют основу концепции интеллектуальности – либо умение работать с формализованными знаниями человека (экспертные системы, нечеткая логика), либо свойственные человеку приемы обучения и мышления (искусственные нейронные сети и генетические алгоритмы). Структурно ИСУ содержат дополнительные блоки, выполняющие системную обработку знаний на основе названных выше информационных технологий. Данные блоки могут выполняться либо как надстройка над обычным регулятором, настраивая нужным образом его параметры, либо непосредственно включаться в замкнутый контур управления.

About the authors

A. V. Vozhakov

Perm National Research Polytechnic University; IBS Soft LLC

V. Yu. Stolbov

Perm National Research Polytechnic University

References

  1. Управление качеством продукции на современных промышленных предприятиях / С.А. Федосеев, М.Б. Гитман, В.Ю. Столбов, А.В. Вожаков. - Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2011. - 229 с.
  2. Питеркин С.В., Оладов Н.А., Исаев Д.В. Точно вовремя для России. Практика применения ERP-систем. - М.: Альпина Паблишер, 2002. - 368 с.
  3. О’Лири Д. ERP-системы. Современное планирование и управление ресурсами предприятия. - М.: ООО «Вершина», 2004. - 272 с.
  4. Кузнецов О.П. Интеллектуализация поддержки управляющих решений и создание интеллектуальных систем // Проблемы управления. - 2009. - № 3.1. - С. 64-72.
  5. Цыганов В.В., Бородин В.А., Шишкин Г.Б. Интеллектуальное предприятие: механизмы овладения капиталом и властью. - М.: Университетская книга, 2004. - 768 с.
  6. Ясницкий Л.Н. Интеллектуальные системы. - М.: Лаборатория знаний, 2016. - 221 с.
  7. Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы (Исследование и создание). - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 194 с.
  8. Логиновский О.В., Максимов А.А., Бурков В.Н. Управление промышленными предприятиями: стратегии, механизмы, системы. - М.: ИНФРА-М, 2018. - 410 с.
  9. Вожаков А.В., Столбов В.Ю., Федосеев С.А. Интеллектуальные информационные системы управления предприятием: модели и практики. - М.: Университетская книга, 2021. - 304 с.
  10. Системная инженерия. Принципы и практика: учебник для втузов / А. Косяков, С.М. Бимер, С.Дж. Сеймур, У.Н. Свит. - М.: ДМК-Пресс, 2017. - 469 с.
  11. Вожаков А.В., Евстратов С.Н., Столбов В.Ю. Автоматизация планирования производства в рамках единой информационной системы многопрофильного предприятия // Автоматизация в промышленности. - 2012. - № 2. - С. 13-16.
  12. Федосеев С.А., Вожаков А.В., Гитман М.Б. Модель календарного планирования производства с нечеткими целями и ограничениями // Системы управления и информационные технологии. - 2009. - № 3 (37). - С. 21-24.
  13. Федосеев С.А., Гитман М.Б., Столбов В.Ю. Управление качеством продукции за счет оптимального планирования производства // Управление большими системами: мат. VIII Всерос. конф. мол. учен., 27-29 Мая 2011, Магнитогорск. - М.: ИПУ РАН, 2011. - С. 350-355.
  14. Федосеев С.А., Вожаков А.В., Гитман М.Б. Управление производством на тактическом уровне планирования в условиях нечеткой исходной информации // Проблемы управления. - 2009. - № 5. - С. 36-43.
  15. Yevstratov S., Vozhakov A., Stolbov V. Automation of Production Planning within an Integrated Information System of a Multi-Field // Automation and Remote Control. - 2014. - Vol. 75, № 7. - P. 1323-1329.
  16. Вожаков А.В. Синхронизированная система управления мелкосерийным производством // Автоматизация в промышленности. - 2017. - № 8. - С. 6-10.
  17. Vozhakov A., Gitman M., Stolbov V. Synchronization and management of material flows in small-scale production // Advances in Engineering Research. - 2018. - Vol. 157. - P. 622-626.
  18. Вожаков А.В. Задача синхронизации материальных потоков в мелкосерийном производстве // Интеллектуальные системы в производстве. - 2017. - № 1. - С. 52-59.
  19. Вожаков А.В., Гитман М.Б., Столбов В.Ю. Ситуационный центр как инструмент интеллектуализации системы управления производством // Интеллектуальные системы в производстве. - 2013. - № 2 (22). - С. 45-49.
  20. Вожаков А.В., Гитман М.Б., Столбов В.Ю. Алгоритм принятия управленческих решений на базе ситуационного центра промышленного предприятия // Автоматизация в промышленности. - 2014. - № 8. - С. 8-12.
  21. Вожаков А.В., Данилов А.Н. Разработка интеллектуальной системы управления промышленным предприятием на основе модели с открытым интерфейсом // Прикладная математика и вопросы управления. - 2015. - № 2. - С. 31-46.

Statistics

Views

Abstract - 112

PDF (Russian) - 223

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies