Главная страница
Экономика
Статьи
Маркетинг
Менеджмент
Инвестиции

Теория управления: проблемы и решения

О.В.АБРАМОВ
Работы в области автоматического управления проводились на Дальнем Востоке задолго до организации Института автоматики и процессов управления. Носили они
в основном прикладной характер и были направлены на решение важных задач, возникающих в процессе эксплуатации судовых и промышленных установок. Первые теоретические публикации дальневосточников по этой тематике появились в центральных журналах в начале 1960-х гг. Это были статьи И.Д.Кочубиевского ?К рациональному выбору
точности систем автоматического управления? и ?Информационные условия инвариантности линейных систем автоматического управления?. По его же инициативе в 1965 г. при
Президиуме Дальневосточного филиала СО АН СССР была организована лаборатория
автоматизации, которая в 1967 г. была преобразована в отдел технической кибернетики с
двумя лабораториями: автоматизации и вычислительной техники.
Создание в 1971 г. Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) стало не
только плодом усилий большой группы энтузиастов-кибернетиков, возглавляемых И.Д.Кочубиевским и В.В.Здором, но и следствием признания научных результатов отдела.
Трудно перечислить и тем более достаточно полно охарактеризовать научные результаты в области теории управления, полученные за годы существования ИАПУ. Остановимся
лишь на некоторых из них, отдавая себе отчет в том, что авторы подобного рода обзоров
всегда грешат субъективизмом.
Безусловно, наиболее яркой фигурой в области теории управления за годы существования Института был академик Авенир Аркадьевич Воронов. Он возглавил Институт, будучи уже общепризнанным авторитетом в этой проблемной области, автором нескольких
монографий и многочисленных научных статей.
Во Владивостоке Воронов продолжил свои исследования в области теории устойчивости [12], результатом которых стала монография ?Устойчивость, управляемость, наблюдаемость? [15]. Пожалуй, это была одна из лучших книг по теории устойчивости не только в
нашей стране, но и за рубежом, в которой автору удалось показать все многообразие задач,
дать анализ последних достижений в этой области и предложить свои оригинальные методы и подходы. Можно заметить, что практически все работы в области теории управления
написаны им без соавторов, а об их научном уровне и значимости свидетельствует присуждение ему в 1988 г. Ленинской премии.
Особую значимость имели работы по созданию основ информационной теории управления, проводимые под руководством одного из лидеров отечественной теории управления академика Б.Н.Петрова большим авторским коллективом, достойное место в котором
занимали дальневосточники И.Д.Кочубиевский [19] и В.П.Май. После создания Института эти работы были продолжены, кроме того, были получены важные результаты в области
АБРАМОВ_ Олег Васильевич – доктор технических наук (Институт автоматики и процессов управления ДВО
РАН, Владивосток).
39
теории динамического моделирования и испытаний технических систем [17], разработаны методы оценки предельных возможностей систем управления при ограничениях на
переменные состояния [18].
Важным направлением научных исследований, возникшим в ИАПУ и успешно развиваемым до настоящего времени, стала проблема учета производственных и эксплуатационных вариаций параметров при проектировании, производстве и эксплуатации систем
управления.
Первые работы были связаны с исследованием причин и закономерностей отклонений параметров систем управления от расчетных значений, а также с оценкой влияния
вариаций параметров отдельных элементов на показатели качества системы. Последующие были направлены на решение задачи назначения допусков и выбора номиналов параметров систем управления. Отличительной особенностью разрабатываемых методов
была их ориентация, может быть в ущерб математической изящности решений, на алгоритмизацию и использование средств вычислительной техники. В предисловии к монографии, в которой впервые были рассмотрены вопросы синтеза систем управления с
учетом параметрических возмущений [1], академик А.А.Воронов писал: ?Современный
уровень проектирования и эксплуатации систем управления с помощью вычислительной техники оказывает очень сильное влияние на развитие теории управления. Теряют
свое значение многие методы и приемы, которые появились на свет как паллиативные
средства преодоления вычислительных трудностей, возникших при исследовании сложных динамических систем “ручным” способом и ставших ненужными при появлении
ЭВМ?.
Необходимо заметить, что долгое время (около 15 лет) в названии института присутствовало ?с вычислительным центром?, что подразумевало (и так было на самом деле)
широкое использование в проводимых исследованиях современных средств вычислительной техники. Поэтому одним из наиболее важных направлений исследований в ИАПУ
стала разработка теории и принципов построения автоматизированных систем управления
объектами различного назначения. Основополагающими были здесь результаты, полученные А.А.Вороновым, Г.А.Кондратьевым и Ю.В.Чистяковым и опубликованные в виде нескольких монографий [13, 14]. В дальнейшем исследования шли по двум направлениям:
автоматизированное управление транспортными системами и управление непрерывными
технологическими процессами.
По первому из них основными результатами стали методы и модели координированного управления транспортным процессом в регионах и транспортных узлах, модели взаимодействия разных видов транспорта, автоматизированные системы управления транспортом в регионах и транспортных узлах [7–9, 11].
Итогом работ по второму направлению, бесспорными лидерами которого были
В.В.Здор и Ф.И.Бернацкий, стали оригинальные методы идентификации и управления непрерывными технологическими процессами. Заслугой возглавляемого ими научного коллектива стали не только методы и алгоритмы, монографии и статьи, авторские свидетельства и патенты, но и воплощенные ?в железе? автоматизированные системы управления
различными технологическими процессами (АСУ ТП), в числе которых АСУ ТП производства борной кислоты (ППО ?Бор? в г. Дальнегорск) и точного стального литья (завод
?Прогресс? в г. Арсеньев и Ульяновское авиационное производственное объединение) [2,
5, 10]. Не случайно в 1976 г. проверявшая работу ИАПУ комиссия Президиума АН СССР
под руководством академика Е.П.Попова в числе наиболее интересных и значимых для
региона научных результатов отметила ?комплекс математических моделей, ориентированных на решение задач управления транспортом в условиях АСУ? и ?математические
модели и методы управления технологическими процессами производства борной кислоты и точного стального литья?.
40
На протяжении всех лет существования Института в числе ведущих научных направлений были диагностика и надежность технических систем.
Научная школа технической диагностики, созданная в ИАПУ под руководством
Р.С.Гольдмана и В.П.Чипулиса, долгое время занимала в нашей стране лидирующие позиции в области автоматизации диагностирования дискретных устройств. К числу основных научных результатов этого направления можно отнести методы построения контролирующих и диагностических тестов для проверки комбинационных устройств и поиска
произвольных сочетаний неисправности; методы поиска неисправностей дискретных
устройств, заданных явной моделью в виде троичных функций неисправностей, учитывающих неопределенность начального состояния и возможные состязания сигналов; метод
кодирования информации и диагностирования с использованием таблиц минимальных
кодов неисправностей; методы построения проверяющих тестов больших интегральных
схем и микропроцессоров [16, 25].
Основным направлением исследований в области проблемы надежности управляемых
систем было решение задач анализа и синтеза технических систем с учетом постепенных
(параметрических) отказов. Полученные в ИАПУ научные результаты позволили сформировать и развить оригинальный подход к проблеме обеспечения надежности технических систем, который получил название функционально-параметрического. В его рамках
разработаны основы теории параметрического синтеза стохастических систем с учетом
требований надежности [3], методы параметрического синтеза настраиваемых технических систем, предложены и исследованы оригинальные методы индивидуального прогнозирования состояния и надежности контролируемых систем, а также синтеза стратегии
технического обслуживания сложных систем с учетом их фактического состояния [4]. Полученные результаты легли в основу создания нескольких поколений систем автоматизированного надежностного проектирования аналоговых схем радиоэлектронной аппаратуры
(?Надежность?, ?Надежность-М?, СПОРА) и программно-алгоритмического комплекса
индивидуального прогнозирования состояния и надежности систем ответственного назначения ?Прогноз?.
С именем блестящего математика А.П.Шапиро связано возникновение, становление
и развитие в ИАПУ еще одного научного направления – проблемы оптимального управления биологическими системами, задачи оптимальной эксплуатации популяций и более
общей задачи управления антропогенными факторами. В рамках этого направления был
предложен и реализован новый подход к построению теории динамики численности взаимодействующих популяций, основанный на теории дискретных динамических систем.
К задачам управления такими объектами впервые была применена теория бифуркаций
динамических систем, получены условия существования первой серии бифуркаций.
В моделях взаимодействий получены условия структурной устойчивости (стабильности) и асимптотической устойчивости. Построены области устойчивости в пространстве
параметров. Разработаны методы оптимального управления промыслом совокупности
риккеровских популяций, пространственно-распределенного вида, риккеровских популяций при случайном пополнении. Доказано существование и стационарность оптимальной
стратегии эксплуатации произвольного биоценоза [20, 21, 24, 26].
Наш обзор был бы неполным без упоминания о работах в области подводной робототехники. Научные исследования, начатые в 1972 г. в лаборатории управления и навигации и продолженные в отделе подводных технических средств ИАПУ под руководством
М.Д.Агеева, имели своей целью создание автономных автоматических аппаратов для изучения и освоения океана. В стенах ИАПУ в 1974 г. был создан первый в стране автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) ?Скат?. Аппарат был рассчитан на рабочие
глубины до 300 м, имел катамаранную конструкцию, в контейнерах которой размещались
блоки аппаратуры управления, источники питания и информационно-измерительные
41
устройства. В последующие годы в ИАПУ созданы более совершенные типы АНПА:
?Скат-Гео?, ?Л-1? и ?Л-2?. Последние два аппарата рассчитаны на большие глубины,
2000 и 6000 м соответственно.
Создание подводных робототехнических средств потребовало усилий коллектива специалистов самого различного профиля. Совершенствование функциональных свойств аппаратов во многом зависело от решения проблем синтеза систем управления и методов
организации пространственного движения АНПА. К числу важных научных результатов
можно отнести методы и алгоритмы управления движением АНПА при осуществлении
широкого класса пространственных траекторий с автономной коррекцией координат и заданной целью движения. Впервые были синтезированы и исследованы алгоритмы управления движением АНПА при траекторном обследовании областей, физических полей и
аномалий, предложен метод квазилинейной и адаптивной коррекции параметров управления при переменных условиях функционирования [6].
В 1988 г. на базе отдела был организован Институт проблем морских технологий ДВО
РАН, который по праву занимает лидирующие позиции в области подводной робототехники не только в нашей стране, но и за ее пределами.
Прошедшее столетие было очень продуктивно для теории управления: обилие новых
идей, множество полезных теоретических результатов, интересные практические приложения и, наконец, работа плеяды блестящих ученых, с именами которых связаны достижения в этой области: Н.Винер, К.Шеннон, Р.Калман, А.А.Андронов, В.С.Кулебакин,
Л.С.Понтрягин, Б.Н.Петров, В.С.Пугачев, Е.П.Попов, В.А.Трапезников, Я.З.Цыпкин и
многие другие.
В последние годы в России все чаще можно услышать, что наступил чуть ли не кризис
в развитии теории управления и ее приложений. Хотя именно наша страна была инициатором создания Международной федерации по автоматическому управлению (ИФАК) и
провела в 1960 г. в Москве 1-й ее конгресс, в котором приняли участие Н.Винер, Р.Калман,
А.Н.Колмогоров, Л.С.Понтрягин. Необходимо заметить, что и в настоящее время ИФАК
является одной из процветающих и динамично развивающихся международных федераций. Каждые три года проводятся всемирные конгрессы ИФАК (очередной, 16-й, конгресс
ИФАК запланирован на 6–11 июля 2008 г. в Сеуле), симпозиумы, конференции и совещания по отдельным направлениям теории управления, в том числе и региональные: Азиатская, Американская, Европейская научные конференции, издаются имеющие высокий
рейтинг научные журналы, число стран, входящих в ИФАК, постоянно растет.
На 16-м Международном конгрессе в совет ИФАК впервые за последние 15 лет был избран председатель российского национального комитета по автоматическому управлению
академик А.В.Куржанский. К сожалению, отечественные ученые очень редко участвуют в
программных комитетах конференций, а число докладчиков от России обычно невелико.
Так, на последней, 5-й, Азиатской конференции по проблемам управления (ASCC2004) от
России было зачитано лишь 2 доклада (оба – сотрудниками ИАПУ ДВО РАН) – меньше,
чем от Индии, Малайзии или Индонезии.
Каковы же перспективы и тенденции развития теории управления? Сошлемся на выводы международной комиссии по определению будущих направлений развития теории
управления, работавшей в 2000–2002 гг. при поддержке Управления научных исследований и Национального научного фонда США под председательством Р.Мюррея (R.Murray)
из Калифорнийского технологического института и включавшей ведущих специалистов,
лидеров мировой науки. Основным можно считать вывод об интеграции теории управления, теории вычислений и теории информации, что выведет кибернетику на новый уровень.
Проблематика научных исследований, проводимых в ИАПУ ДВО РАН, за последние годы существенно расширилась. Появились новые научные направления и научные
42
школы. Новые веяния, идеи и технологии наложили свой отпечаток на традиционные для
института направления. Так, появление суперкомпьютеров, вычислительных сетей и технологии параллельных и распределенных вычислений существенно расширили возможности решения задач высокой вычислительной сложности. К их числу следует отнести
проблему параметрического синтеза стохастических систем, проблему принятия решений
в условиях неопределенности, решение задач обеспечения надежности, возникающих при
реализации функционально-параметрического подхода, и ряд других.
После более чем десятилетнего забвения стали вновь востребованными и актуальными
задачи оптимального управления технологическими процессами и производствами, для
решения которых привлекаются идеи управления с прогнозом (predictive control), теории
нечетких множеств, генетические и нейросетевые алгоритмы.
Новыми объектами приложения методов технической диагностики стали системы
тепло- и электроэнергетики, выбор которых обусловлен актуальностью энергоресурсосбережения и безопасности. Теоретические исследования направлены здесь на разработку
комплекса моделей таких систем, методов диагностики, оценки, прогнозирования технического состояния и оптимизации режимов их обслуживания, а также выявления и предупреждения нештатных, критических и аварийных ситуаций. Одно из центральных мест
отводится структурно-аналитическим моделям, учитывающим функциональную сторону
объектов и отражающим структурные характеристики – топологию объектов и установленную на них регулирующую аппаратуру.
В последние годы в институте интенсивно развивается робототехническое направление, возглавляемое В.Ф.Филаретовым. Целью его исследований являются создание и исследование новых подходов и методов синтеза адаптивных и робастных систем управления сложными динамическими системами с неизвестными и переменными параметрами,
разработка методов синтеза и алгоритмов высокоточного управления подводными роботами [22, 23].
Подводя итог, можно утверждать, что научное направление, ставшее фундаментом создания первого на Дальнем Востоке академического учреждения кибернетического профиля, продолжает жить и успешно развиваться. Залогом дальнейших успехов является не
только плодотворная работа коллектива высококвалифицированных ученых-управленцев,
аспирантуры и диссертационного докторского совета, но и энтузиазм молодых ученых –
победителей конкурсов на получение грантов Президента РФ, РФФИ, Дальневосточного
отделения РАН, конкурсов молодых ученых.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов О.В., Здор В.В., Супоня А.А. Допуски и номиналы систем управления. М.: Наука, 1975.
2. Абрамов О.В., Бернацкий Ф.И., Здор В.В. Параметрическая коррекция систем управления. М.: Энергоиздат, 1982.
3. Абрамов О.В. Параметрический синтез стохастических систем с учетом требований надежности / под ред.
А.А.Воронова. М.: Наука, 1992.
4. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н. Прогнозирование состояния технических систем. М.: Наука, 1990.
5. Автоматизированное управление процессами химической технологии / под ред. Здора В.В., Мартынюка Ю.Л. М.: Наука, 1981.
6. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.: Судостроение, 1981.
7. Артынов А.П., Скалецкий В.В. Автоматизация процессов планирования и управления транспортными
системами. М.: Наука, 1981.
8. Артынов А.П. Управление взаимодействием региональных транспортных систем // Итоги техники. Организация управления транспортом. М.: ВИНИТИ, 1987.
9. Артынов А.П., Кондратьев Г.А. Управление взаимодействием транспортных систем. М.: Наука, 1986.
43
10. Бернацкий Ф.И., Борщ А.Н., Глотов Е.Б., Яцык С.И. Применение математико-статистических методов
и ЭВМ для математического описания технологических процессов литейного производства. М.: Машиностроение, 1979.
11. Васильченко А.И., Пупышев А.В. Скалецкий В.В. Согласование решений в транспортных системах. М.:
Наука, 1988.
12. Воронов А.А. Системы с дифференцируемой неубывающей нелинейностью, абсолютно устойчивые в
гурвицевом угле // Докл. АН СССР. 1977. Т. 234, № 1.
13. Воронов А.А., Кондратьев Г.А., Чистяков Ю.В. Теоретические основы построения автоматизированных
систем управления. Разработка технического задания. М.: Наука, 1977.
14. Воронов А.А., Кондратьев Г.А., Чистяков Ю.В. Теоретические основы построения автоматизированных
систем управления. Разработка технического проекта. М.: Наука, 1978.
15. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. М.: Наука, 1979.
16. Гольдман Р.С., Чипулис В.П. Техническая диагностика цифровых устройств. М.: Энергия, 1976.
17. Кочубиевский И.Д., Калиновская Л.В., Стражмейстер В.А., Матвеев П.А. Динамическое моделирование
и испытание технических систем. М.: Энергия, 1978.
18. Кочубиевский И.Д., Король Е.В. Предельные возможности систем управления при ограничениях на переменные состояния. М.: Наука, 1979.
19. Петров Б.Н., Петров В.В., Уланов Г.М., Агеев В.М., Запорожец А.В., Кочубиевский И.Д., Козмин А.Г.,
Усков А.С. Начала информационной теории управления // Итоги науки и техники. Техническая кибернетика. М.:
ВИНИТИ, 1972. С. 5–128.
20. Скалецкая Е.И., Фрисман Е.Я., Шапиро А.П. Дискретные модели динамики численности и оптимизация
промысла. М.: Наука, 1979.
21. Скалецкая Е.И., Шапиро А.П. Оптимизация режима эксплуатации популяций при случайном пополнении // Докл. АН СССР. 1976. Т. 227, № 2. С. 312–314.
22. Филаретов В.Ф., Алексеев Ю.К., Лебедев А.В. Системы управления подводными роботами. М.: Круглый
стол, 2001.
23. Филаретов В.Ф., Лебедев А.В., Юхимец Д.А. Устройства и системы управления подводных роботов. М.:
Наука, 2005.
24. Фрисман Е.Я., Шапиро А.П. Избранные модели дивергентной эволюции популяций. М.: Наука, 1977.
25. Чипулис В.П., Малышенко Ю.В., Шаршунов С.Г. Автоматизация диагностирования электронных
устройств. М.: Энергоатомиздат, 1986.
26. Шапиро А.П., Луппов С.П. Рекуррентные уравнения в теории популяционной биологии. М.: Наука,
1983._

Больше информации

Статьи о России


 

 


Copyright © 2005-2009 Защита сайта от бана. Учёт кликов из любых источников