遠程溫度控制系統(tǒng)資料

遠程溫度控制系統(tǒng)資料,遠程,溫度,控制系統(tǒng),資料 程序控制實驗室的現(xiàn)場總線的時代已經(jīng)到來 摘 要 工業(yè)的程序控制已經(jīng)經(jīng)過下列的演變過程：直接數(shù)字控制 (DDC-1962),可編程邏輯控制器 (PLC-1972),離散控制系統(tǒng) (直流 -1976), 和域控制系統(tǒng)(FCS-1994). 最近正在發(fā)生的域控制系統(tǒng)變革是fieldbus思想原則(FF)落實到制造業(yè)環(huán)境內。 這篇文章通過在一個植物網(wǎng)絡階層的角色以及現(xiàn)場總線思想和較舊的直流模型之間的比較中描述現(xiàn)場總線思想。此外，這篇文章還探討在一個系統(tǒng)的控制課程和實驗室上結合對現(xiàn)有的程序訓練者上的FF的整合來建立一個基礎現(xiàn)場總線裝置的網(wǎng)絡所需的硬件和軟件的指導議題。 前 言 基本現(xiàn)場總線在制造業(yè)環(huán)境中是聯(lián)結著“智能的”傳感器和發(fā)動機的一種數(shù)字控制網(wǎng)絡。這是用于截取自動化程序數(shù)據(jù)和自動化制造制系統(tǒng)的最新技術。來自直接數(shù)字控制(DDC)到離散控制系統(tǒng)(直流)且現(xiàn)在到域控制系統(tǒng)(FCS)的構架的演變在圖圖 1 中被說明。在進化的每個步驟中，程序控制已經(jīng)更接近探測器和發(fā)動機了。 圖 1 控制進化 [1]。 圖 2 是從主計算機系統(tǒng)到傳感器和發(fā)動機在測量和控制角度對比例-積分-微分(PID)各項的功能進行舉例說明?？刂瞥绦虻倪@一次變化減少了配線,在故障修理中提供援助, 而且減少了工業(yè)控制網(wǎng)絡的維護費用。它同時允許通過任何主機總線控制總線裝置，這個主機是能存在于一個局域網(wǎng)分支上的任何一個對現(xiàn)場總線系統(tǒng)裝置用有合適的現(xiàn)場總線的主機。 圖 2 控制建筑學 [1]。 當它是可操作的時候， FF 系統(tǒng)的另一個特征是有把 現(xiàn)場總線裝置加入一個現(xiàn)有的現(xiàn)場總線程序的能力。當傳感器被代替或增加新的域裝置的時候，要使現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的實施成為一個現(xiàn)有的需要更少的程序且不要求關閉程序系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線裝置具備不需要網(wǎng)絡上的中央計算機或數(shù)字處理器為其提供動力處理，而能夠在內部運行程序控制環(huán)。除了網(wǎng)絡功能的數(shù)據(jù)之外,被擰的FF-雙網(wǎng)絡電纜能供應必需運行網(wǎng)絡上的所有傳感器和主動器的力量。在一個單一片段上需要達到32個裝置的標準。利用中繼器，在一個單一網(wǎng)絡上能有多達240個現(xiàn)場總線裝置。 兼容性的FF標準支不支持"接線片和play " ？建筑學。這允許領域裝置從不同的廠商在可行的現(xiàn)場總線模型上被合并，且附加的新域裝置不需要局域網(wǎng)進行重構。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)和標準。 使用現(xiàn)場總線去描述網(wǎng)絡控制技術的數(shù)目很多。結果，現(xiàn)場總線驅動的控制系統(tǒng)的選擇和設計中存在相當程度上的混亂。圖解3為設計工程師在當前網(wǎng)絡協(xié)議上的選擇提供了看法。現(xiàn)場總線區(qū)域網(wǎng)絡分為離散和過程兩種應用策略。更深的可得的自動化的程度的不同選擇，從位水平傳感器操作到支持過程控制再到商業(yè)單位的數(shù)據(jù)庫管理和詳細目錄控制支持程序控制和接口。在離散區(qū)域中，現(xiàn)場總線DP，CAN，Devicenet和SDS 協(xié)議有好廠商支持。在程序控制邊方面,二個協(xié)議: 現(xiàn)場總線基礎和現(xiàn)場總線PA占有主要優(yōu)勢。 現(xiàn)場總線標準的發(fā)展在二十世紀八十年代中期開始，當時美國的電子工業(yè)協(xié)會成立了SP5現(xiàn)場總線委員會。在1992年，當Fisher, Rosemount，Yokogawa和Siemens創(chuàng)立了Interoperable系統(tǒng)工程（ISP），以及另外主要的SP50公司，包括 Honeywell,Allen Bradley,和其它形成了WorldFIP標準的群體時，變化的標準數(shù)字少了。當網(wǎng)際服務和 WorldFIP參加形成現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FF)的時候，較進一步的鞏固在1993年發(fā)生了。結果，兩個協(xié)議已經(jīng)被應用于局域網(wǎng)基本過程控制應用中。現(xiàn)場總線基礎,一個美國和亞洲支持標準,而 Profibus PA 標準則在歐洲流行。 現(xiàn)場總線控制建筑學。 建筑學使用FF結構包括二區(qū)域網(wǎng)絡類型，被稱為H1 和 H2。H1片段是一 31.25千字節(jié)每秒用于把FF裝置聯(lián)接在一起的總線結構。H1總線,如圖4中說明,可以是點對點,和馬刺或多點，菊花鏈和樹型的總線。A類屏蔽雙絞線電纜是H1的理想接線，也是IEC/ISA物理層明確規(guī)定的標準。H1電纜的最大長度1900米也是以同樣的標準明確說明的。在多數(shù)情況下，利用這些線新安裝時利用現(xiàn)有的設備線能把電流信號轉化成FF技術。 如圖 5舉例，擴展模塊或聯(lián)接箱被用于建立樹型或星型/雞角型拓撲結構和在離FF接口一些距離上為H1總線創(chuàng)建多spur 擴展模塊的一個典型結構圖5所示。 圖 5擴充模塊[4]。 注意到初始模塊是加在一個大功率空調上的終端設備。而后面的模塊只作為域裝置的終端。初始模塊也為主計算機提供一個連接點。H1總線也必須有終端（一系列電阻和電容）放在總線的兩端來增強網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸。一些終端模塊把終端建立在接口內。 第二個局域網(wǎng)FF叫做H2，是一個高速總線傳輸模型，它作為一個支柱為H1段服務。H2 backbone能以 1,2.5, 或 100 兆位每秒的速度運行。為一個 H1 和使用 FF 記錄的 H2 區(qū)域網(wǎng)絡的一個典型的結構在圖 6 中被顯示。H1和H2局域網(wǎng)利用FF協(xié)議的典型結構如圖6所示。 圖6 H1和H2區(qū)域網(wǎng)絡結構 [4] H2 網(wǎng)絡速度對在靈活的領域裝置和其他的制造硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸是有用的，如可編程邏輯控制器和程序分析器。H2允許訪問在萬維網(wǎng)分支上的任何計算機的結構。而且允許程序設計者和產品計劃者直接訪問程序數(shù)據(jù)，以及從遠程為系統(tǒng)編程的能力。 FF和離散控制系統(tǒng)的比較 離散控制系統(tǒng) (DCS)是當前大型控制應用的標準。 在離散控制系統(tǒng)中,一個中央處理器，如圖 7,控制所有的參數(shù)。Fieldbus直接地完成在現(xiàn)場總線傳感器或主動器 (圖 2)里面移動數(shù)據(jù)過濾，轉換，調節(jié)常數(shù)和警報進入領域之。這極大地減少現(xiàn)場總線系統(tǒng)對中央的處理能力的需要。使用現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的配置工具配置所有的裝置設定,包括程序叁數(shù),過程變量和設置點,是可行的。同時, 參數(shù)符號已經(jīng)被FF裝置制造業(yè)者標準化。這保證了來自不同的制造業(yè)者部門之間的兼容性，而且允許裝置被用于一場 " lug和play " ，有風格。[6] 在比較中，DCSs 有一個所有的傳感器和主動器被連接在一起的單一程序控制計算機。傳感器和主動器來自許多不同的廠商，不過每個裝置必須配置成能與被選擇的程序計算機工作。在離散控制系統(tǒng)上，F(xiàn)F的最大的優(yōu)點是通過域設備輕易地把信息和豐富的數(shù)據(jù)放到網(wǎng)絡上。在離散控制系統(tǒng)裝備中，傳感器只為程序變量提供相關的值。相反,每 FF 領域裝置有能力提供所有會來自離散控制系統(tǒng) 中央處理器的數(shù)據(jù)。 圖 7-散控制系統(tǒng)過程控制模型。 基本現(xiàn)場總線 系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)共存。這保證了離散控制系統(tǒng)現(xiàn)有投資得到保護。然而，必須采取行動來把兩個系統(tǒng)聯(lián)合起來，因為不存在離散控制系統(tǒng)和FF的功能特性相配。如果一個系統(tǒng)的裝置用于另一個系統(tǒng)的網(wǎng)絡設計沒，那么FF和離散控制系統(tǒng)之間的特性差別將會潛在地引起混亂和不期望的系統(tǒng)操作。 實驗室的現(xiàn)場總線的介紹。 創(chuàng)建基本現(xiàn)場總線系統(tǒng)的第一個步驟是選擇控制程序?？刂茖嶒炇业默F(xiàn)場總線網(wǎng)絡的實現(xiàn)包括若干的程序系統(tǒng), 新的和現(xiàn)有的。許多大學和學院的大多數(shù)過程控制實驗室擁有培訓者，教授溫度，壓力，流程和水平控制。4-20毫安控制系統(tǒng)和這些模擬器中的單機PID控制器能通過總線設備沒有損失4-20毫安控制選項實現(xiàn)補償。 實現(xiàn) FF系統(tǒng)需要的硬件和軟件包括: .有一個 FF 接口卡片和 FF 結構軟件一部計算機。 .能為每個域裝置提供9-32 伏特的直流電壓和大約 20毫安的電流能力的電源。 .阻抗為100歐姆沒法特和最大值3分貝/公里，頻率為31.25仟赫的H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的配線。電纜必須是16-26個標準度量的屏蔽雙絞線。被推薦的彩色代碼是橘色的或白色的(+)和藍色的或黑色的。(-)[8,9] .一個終端包含一個電容器 (1 mF) 和一個電阻 (100 歐姆) 避免電線中的反射信號?？梢再徺I有合適的電子儀器的終端或者從現(xiàn)有的部門構造。[8] .由一個電感(5 mH)和一個電阻(50 歐姆)做成的空調必須置于電源和網(wǎng)絡之間。[8] 域裝置, 像傳感器和主動器,能從許多公司購買。基本現(xiàn)場總線在他們的第九頁[9]網(wǎng)頁上列出所有用現(xiàn)場總線標準設備的公司。既然技術是新的，相對地目前使用的少數(shù)部件可與較舊的4-20毫安的設備的有用性相比較。基本的部件是溫度傳感器, 壓力傳感器, 流量傳感器,給～裝閥門遠程位置調節(jié)器 ，現(xiàn)場總線-到-電流(4到20毫安)轉換器, 和電流(4到20毫安)-到-現(xiàn)場總線的轉換器。另外地,"ound卡片"是可用于連接現(xiàn)有的 4-20毫安裝置到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中。 修正一個現(xiàn)有的程序流教練器。 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和控制系統(tǒng), 在 Penn 州 Altoona 的實驗室被設計用于過程控制實驗室，利用現(xiàn)有的流程程序教練器如圖 8所示。 最初的單元橫過一個碟子孔口，圖 9 連接不同壓力的發(fā)射器,圖 9 ，藉由DP 單元的4 到 20 毫安輸出連接可變速度的馬達控制器，圖 10 。通過圖 11 的系統(tǒng)方框圖，馬達控制器改變一個泵的抽泵能力來控制液體的流動。 系統(tǒng)區(qū)劃的一項研究指出，它是筆直向前的有關一個容器，單向流程環(huán),壓力孔,泵, 泵馬達，加速控制,和在線視覺流程指示器的控制問題。 在現(xiàn)場總線解決方面系統(tǒng)包含了相同控制的可變速度泵，通過Smar fieldbus到電流轉換器(FI-302)和一個 Honeywell積分壓力傳感器 ( ST3000 一)，如圖 12 中舉例。網(wǎng)絡顯示在圖 13 中。這些部件是可以通過一臺有國際儀器AT-FBUS接口卡和國際儀器" Configurator" 軟件包的個人計算機進行編程和配置。這個訓練器被設計用于教或示范程序如何驅動系統(tǒng)部件，而且控制軟件能配置成保持連續(xù)的液體流, 甚至當一個過程干擾出現(xiàn)在系統(tǒng)中也如此。 現(xiàn)有的程序流程訓練器如圖 8。 在最初的系統(tǒng)中, 比例積分微分(PID) 控制算法實現(xiàn)于一個單獨的數(shù)字控制器中。在 現(xiàn)場總線含義中，微分壓力傳感器包括(PID)控制器，這個控制器有內在的電子學，和在系統(tǒng)中監(jiān)視和控制液體流在一個由用戶設定的平面的軟件。 在現(xiàn)場總線解釋中，Honeywell DP 域裝置包括一個鏈活動一覽表(LAS) 程序, 這是安裝在他們的微分壓力傳感器中的工廠。LAS 允許來配置和檢測系統(tǒng)的計算機從程序網(wǎng)絡分離,而不會造成程序控制的任何分裂或造成流程控制的擾亂。 圖 10 變速驅動。 用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡配置在電流轉換器(FI-302)中使用Smar現(xiàn)場總線，這樣來自 DP 傳感器的控制叁數(shù)就可以置入到Seco AC可調驅動的現(xiàn)有4-20毫安控制中。 所有的實驗室都練習預先運行于初始的 4 到 20 ma DP，直接適用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)。一種變化是學生必須配置 Honeywell ST3000 微分壓力發(fā)射器，圖12,為適當?shù)目刂迫?shù)代替調節(jié)數(shù)字控制器。除此之外，學生學習使用基本現(xiàn)場總線結構編程，用于域儀器同時展示對標準的DP單元可用的更大范圍的程序數(shù)據(jù)。 圖 12–Honeywell ST-3000。 微分壓力發(fā)射器 未來擴展計劃 基于初始的FF安裝的成功, 三個另外的程序訓練器將會被修正適合于基本現(xiàn)場總線技術。這三個程序訓練器包括一個溫度教練儀，一個液體的水平訓練儀 , 和壓力訓練儀。所有的四個訓練儀將會被一起聯(lián)接到H2 高速的 (100個百萬赫茲)總線上。產生的網(wǎng)絡如圖14描述。另外，在H2總線上的主要計算機能置于實驗室中教師的位置，以監(jiān)視學生在FF系統(tǒng)上工作的進度。主計算機能被學生利用現(xiàn)場總線系統(tǒng)測試那遙遠的監(jiān)視和可能的控制。H2總線和主機的另外一個優(yōu)點是老師去插入問題或故障到本地網(wǎng)絡中，促使學生實時檢修故障。 圖 11 系統(tǒng)流動概要的。 圖 13 流程訓練者的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。 在三個另外的訓練儀上的FF的實現(xiàn)與用來轉換流程程序訓練儀的努力類似。主要的不同是在于適當?shù)腇F發(fā)射器和主動器的選擇中。目前，所有的技術都可用于用獨立的基本現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對每個訓練器進行翻新改進并且用 H2總線連接系統(tǒng)。 結論 現(xiàn)場總線將會是下一個因為下列原因會在制造控制中找到廣泛用途的技術。當必需的和財政能力允許的時候，它相對地是容易藉由允許一個使用者從小的系統(tǒng)和伸展開始減少費用,領域配線被減少，而且系統(tǒng)問題的故障修理率得到提高。同時,因為基礎 現(xiàn)場總線組成成分在公司之間都是并立的, 任何人能為基本現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用創(chuàng)造成份，允許市場上更大的競爭。 主站計算機 從站計算機 從站計算機 從站計算機 從站計算機 溫度處理 流程處理 水平處理 壓力處理 圖 14- 未來控制實驗室網(wǎng)絡的劃分。 因為使用基本現(xiàn)場總線系統(tǒng)的預期利益, 在教育的環(huán)境中教授基本現(xiàn)場總線系統(tǒng)是很重要的。用這種新技術來教育未來的工程師是從離散控制系統(tǒng)轉移程序控制到基礎現(xiàn)場總線描述的網(wǎng)絡的模型關鍵。 作者： 詹姆士 Rehg 是一個助理教授和B.S在Penn State Altoona進行電子-機械設計技術編程的編程合作者.William H.Swain 和Brain P.Yangula 是在編程上資深的學生，且在他們的資深項目中研究fieldbus工程。史蒂文 Wheatman 是堡壘華盛頓PA Honeywell 工業(yè)自動化 & 控制的主要工程師。 （第二篇） 系統(tǒng)理論和管理控制 Dr.Shahid Ansari 教學筆記的目的是概述系統(tǒng)理論的中心思想并且展示他們如何為學習管理控制提供有用的框架。系統(tǒng)理論自身有很大的文學，且很難去一一證明。這些筆記并不認為是包羅萬象的文學回顧。 了解世界的方法。 科學家和哲學家已經(jīng)為我們如何理解和認識世界的問題進行了長久的爭論。了解世界的方法有:描述法和說明法。在描述方面，認識的理論，感知和思想上描述我們這些人類如何組織 stimuli 而且了解他們。在說明法上,有二個方法去了解世界。第一是簡化論，另一個是系統(tǒng)論。 簡化論認為了解新現(xiàn)象的最好方法是研究它的個別部分的功能和特性。舉例來說,了解人類身體工作的最好方法是去分析它的組成部分，(器官，肌肉，有機系統(tǒng)，骨頭,細胞) 和學習每個部分的特性。 系統(tǒng)論把重心集中在部份之間的關系,而不是縮小實體,比如說把人的身體分成部分或元素( 比如說器官或細胞) , 系統(tǒng)理論把重心集中在安排各部份之間整體工作的關系。部份被系組織起來的方法和它們如何相互作用是由系統(tǒng)的特性決定的。系統(tǒng)的行為與元素的特性無關。這時常提到作為一個整體法去分析現(xiàn)象。 系統(tǒng)論是什么? 在系統(tǒng)理論上的一個流行的網(wǎng)站提供系統(tǒng)理論的下列各項定義: 系統(tǒng)理論: 對現(xiàn)象抽象系統(tǒng)的跨學科研究，孤立了他們的物質，類型或空間或存在的暫時范圍。它調查了從普遍原則到所有的復雜實體，和能夠用來描述它們的樣式。 ”跨學科”這個詞解釋了為什么系統(tǒng)理論在許多學科中如此的流行。因為系統(tǒng)理論為集中于一個問題提供了一種語言，而不受學科約束。這普通的結構或語言在不同的領域，如過程學，生物學，系統(tǒng)理論，社會學和心理學是給予系統(tǒng)理論的近乎普遍的要求。 系統(tǒng)理論的二個版本。 系統(tǒng)理論在人類知識領域有很長的歷史。一些學者把系統(tǒng)理論的發(fā)展追溯到亞里斯多德。相比德國哲學家 Hegel陳述的整體比部分總和要大的思想，大多數(shù)的學者更贊成整體論，系統(tǒng)思維中心論。系統(tǒng)包含了許多相互關聯(lián)，相互交織的部分的思想認為一旦這些部分集中起來，會使得整體行為與個別行為不同和有所區(qū)別。整體論斷言我們藉由學習它的各種不同的成份行為不能夠了解整體的行為。 系統(tǒng)理論的二個版本。第一個是從古典物理學出來的，叫做封閉系統(tǒng)。Norbert 維納和羅斯 Ashby 發(fā)展了它的現(xiàn)代版本，稱為控制論。另一個叫做開放系統(tǒng)，來自于生物學。它由十九世紀四十年代生物學家路得維希提出。 控制論和開放系統(tǒng)思想。 封閉系統(tǒng)思想源于古典的（牛頓）物理學。牛頓的物理學基于少數(shù)變量。系統(tǒng)元素 ( 舉例來說行星)以準確的時鐘運行，而又回到初始平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。微小的誤差可以忽略，因為會在對系統(tǒng)有顯著的影響之前被改正?？刂普擃I域例證了封閉系統(tǒng)思想的現(xiàn)代版本，而且它被歸因于 Norbert 維納的工作。 1949 年，Norbert維納 , 麻州理工學院的一個卓著的數(shù)學家和工程師與一個是腦神經(jīng)外科手術專家的同事一起吃午餐。維納正在處理電回應中干擾聲音系統(tǒng)的這類問題。腦神經(jīng)外科手術專家正在處理一個引起病人不能夠正確地判斷物體的距離的神經(jīng)不正常問題。這些病人，當嘗試在他們面前拾起一杯水的時候，會伸過頭或扣不著。 當二位科學家談話時，他們各自的問題并不象他們當初認為的那些完全不一樣。干擾正常系統(tǒng)的電回應也是引起肌肉神經(jīng)系統(tǒng)混亂的原因。病人顯然地正在收到來自正在引起肌肉系統(tǒng)官能不良的腦電回應。電機工程問題和神經(jīng)的混亂問題有共同點的發(fā)現(xiàn)，促使人們去尋求一種可能用來描述兩者問題的普遍語言。答案是系統(tǒng)理論。現(xiàn)代封閉系統(tǒng)方法隨著Norbert 維納的控制論的出版而誕生。 控制論領域的發(fā)展允許了不同的學科以系統(tǒng)理論的通用語言溝通有關他們的問題。更重要的是，它允許了一系列原理應用于控制和規(guī)則的問題。我們發(fā)現(xiàn)允許遠古水手利用“管理者引導船的系統(tǒng)設計原則和允許機械的工程師為空調單元設計自動調溫器，企業(yè)家設計控制產品質量, 天文學家描述行星的行為, 會計員設計預算控制系統(tǒng)的原理相同。我們說這些系統(tǒng)在他們被干擾后通過管理他們自身的反饋信息又回到了平衡狀態(tài)。 圖 1 一個典型的控制論的系統(tǒng)模型。 圖 1 是以一個使用加熱器的自動調溫器為例的典型的控制論系統(tǒng)概要圖表。在擾亂已經(jīng)沖破穿緩沖之后，系統(tǒng)又回到了期望的穩(wěn)定狀態(tài)。在我們的例子中，室溫是受控變量,冷空氣是擾動變量，而墻壁是被設計成把溫度保持在期望水平的緩沖區(qū)。當溫度計反饋回來的數(shù)據(jù)顯示房間太寒冷的時候(如少于65度)，為了控制溫度，一個開關 (管制裝置) 把空調打開。控制和管理在行為發(fā)生后緊接著發(fā)生的想法是控制論模型思想的核心。這種形式的規(guī)則在控制論的用辭中叫做“錯誤控制規(guī)則”，且這個系統(tǒng)被稱為閉環(huán)系統(tǒng)。它的主要特性是在關于小錯誤信息的基礎上操作，避免產生大錯誤。 你可能已經(jīng)注意圖1的概要圖表能用來描述傳統(tǒng)的費用控制或質量控制方法。費用被編入預算而且首先奏效。我們試圖從干擾因素中減輕費用。當來自預算 (不一致) 的偏離發(fā)生的時候,我們利用它作為反饋信息采取正確的措施。工人制造一種產品；檢查員稍后檢查質量。利用小樣品，他們看廢品率來改正質量問題。關鍵思想是行為發(fā)生在先，采取措施在后?？刂普摰姆忾]系統(tǒng)模型是傳統(tǒng)的費用和質量管理方法的智力基礎。 在封閉系統(tǒng)中另外要注意的是熱力學之函數(shù)或最大的混亂趨向的增加。這是因為系統(tǒng)靠近環(huán)境，沒能力輸入能量去抵消熱力學之函數(shù)的增長。被熱力學的第二定律例證的這種看法認為封閉系統(tǒng)隨著熱力學之函數(shù)的增加會不可避免地趨向于崩潰。 生物學和開放系統(tǒng)思想。 開放系統(tǒng)理論有它的生物學基礎, 特別是達爾文在物種進化論的著作。開放系統(tǒng)理論的流行版本出自路得維希Bertalanffy，他用系統(tǒng)理論的普遍方面描述了主要的思想，并且把它們從封閉系統(tǒng)思想?yún)^(qū)別開來。Bertalannfy強調封閉系統(tǒng)不適宜于研究生物現(xiàn)象，因為生物系統(tǒng)和它們的環(huán)境，生長，生存互動。如圖1所描述，錯誤控制規(guī)則工作于穩(wěn)定和良性環(huán)境中。然而，活生物的環(huán)境很不寬廣，而且經(jīng)常不存在從錯誤中研究的奢望。封閉系統(tǒng)于開放系統(tǒng)理論之間有四種主要的不同。每種不同在下面將被討論： 1、外部的環(huán)境關系。開放系統(tǒng)理論把重心集中在一個系統(tǒng)和它的環(huán)境之間的交換。 因為他們不停地進展并且適應他們的環(huán)境需要，所以生物學的生物是開放系統(tǒng)。 他們的行為是對在他們生存環(huán)境的威脅和可利用資源的一個回應。 2、變量考慮。第二個方面，區(qū)別開開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)思想的是包含在其中的一系列變量。一個封閉系統(tǒng)有一些變量。一個開放系統(tǒng)典型地處理一系列更加復雜的關系。從一個封閉系統(tǒng)立場看，費用和質量是需要在公司內部管理的內部變量。在一個開放系統(tǒng)中，費用和質量被看成是外部的驅動變量，而這些變量通過理解環(huán)境在這些變量上的影響來管理。 3、規(guī)則或控制的形式。如圖 1 所示,關閉系統(tǒng)使用了錯誤控制的規(guī)則。這是事實之后的控制。開放系統(tǒng)使用優(yōu)先控制。在它們發(fā)生和采取有效措施之前，它們被預料錯誤控制，而她們的產生和采取措施又是在最后的輸出之前的。像一只老鼠, 公開系統(tǒng)預期貓的下一個動作。等候從錯誤反饋通常是致命的。這種控制形式被稱為前饋控制。如果費用將被處理如一個開著的系統(tǒng)，它應該被控制于產品被生產之前而不是之后。 4、制的目的。不像關閉系統(tǒng)，開放系統(tǒng)對讓系統(tǒng)返回到某些預定的穩(wěn)定狀態(tài)不趕興趣。它們認為控制的目的是在一條動態(tài)路徑上調整和移動系統(tǒng)。開放系統(tǒng)尋求連續(xù)改進而不僅僅是穩(wěn)定。它們被說是達到一個動態(tài)平衡。 象生物系統(tǒng)，許多系統(tǒng)利用它們的環(huán)境進行頻繁的轉換操作。他們在他們的邊界里面有許多復雜的交互作用和相互關系。為了生存，系統(tǒng)必須發(fā)展和達到一個動態(tài)平衡，而不是回到一個穩(wěn)定狀態(tài)。正是基于這些原因，普通系統(tǒng)理論已經(jīng)被應用于如管理計劃和控制系統(tǒng)設計這樣的系統(tǒng)現(xiàn)象的研究。在下一張，我們將會描述一般系統(tǒng)理論的一些重要原則。在這一個筆記的第二部份中，我們討論這些對研究管理控制系統(tǒng)有用的概念。 一般系統(tǒng)理論的主要原則(GST)。 Kast 和 Rosenzweig(1972)已經(jīng)識別了GST的幾個重要概念和原理。從他們的討論中產生了特別引人注目的七種想法或原則，在下面將會簡要的敘述。(Kast 和 Rosenzweig,1972,圖 1) 對環(huán)境開放。 GST 的第一個原則是開放系統(tǒng)的概念。正如早先解釋的一樣，封閉系統(tǒng)沒有能力從環(huán)境中吸取能量來抵消建立起來的熱力學之函數(shù)，所以被一個很大程度的確定性表征了。開放系統(tǒng)能夠從它們的環(huán)境中吸取能量，且因為此，其能夠超時地生長和改變。 目的論或目的。GST 的第二個原則是系統(tǒng)中的行為是目的論的或有目的的。系統(tǒng)被研究被說成是有一個目標。這可能似乎是一份非?，嵓毢兔黠@的陳述。然而, 在一個目標不是系統(tǒng)內在的東西或是本質的反映之后，你可能對感激這個系統(tǒng)。然而,這被歸咎于把現(xiàn)象當成一個系統(tǒng)來研究的人的某種情況。達爾文在這是歸因于物種的生存目標的解釋上得到了喘息。因為在一個生物系統(tǒng)嘗試去生存上沒有一個絕對的測試，所以這是給模型以力量來解釋這些行為。正在嘗試攜帶食物的昆蟲可能沉迷于本能的行為并非有目的的行為。然而，辯論不在于行為是有目的的或本能的, 它是否藉由歸于我們能更解釋而且預測螞蟻的行為目的。的確，查爾斯達爾文能夠藉由歸于生存的目標構造一個生物學現(xiàn)象的非常有力的理論。他能夠提供一個比生物學行為和生物學現(xiàn)象的本質的競爭模型更多解釋的說明模型。 在商業(yè)系統(tǒng)中的研究也是一樣正確的。一樣的是真實的在生意系統(tǒng)的研究中。 古典的經(jīng)濟學依靠有目的的行為為公司提供了一個強大又可行的理論。在他們的情況，公司取利潤最大值，而個體取公用程序最大值。我們大部份人從未見到 utile ，而且也許大多數(shù)的商業(yè)公司并不關心利潤最大值。然而,理論的力量在我們能或不能看到utiles或公司是否去爭取最大的利潤的事實上沒有那么大。藉由歸于那些簡單的目標，寧可它是事實，我們能夠為整體經(jīng)濟平衡構造說明模型。 我們在近年來也看到了古典經(jīng)濟理論的挑戰(zhàn)真正不是來自拒絕目的論的行為，而來自于不同目標的替換中。舉例來說藥草西蒙,替換了 satisficing 行為的目標并非將在個體和公司的部份上的行為最佳化來建立他的公司行為理論。同樣地,公司的管理理論取代管理的福祉最大值而不是利潤來解釋公司的行為。所有的這些替代選擇保留了系統(tǒng)理論的目的論假設。這個目標可能是研究員的一個發(fā)明，但是說服力在于建立一個系統(tǒng)的行為說明模型上。 相關的子系統(tǒng)。一般系統(tǒng)理論的第三個原則是如一組相關的子系統(tǒng)的系統(tǒng)概念。這是一項任何系統(tǒng)概念定義，且如先前陳述的，它俘虜了整體行為比個體行為之和要大的俘虜想法。 整體論或完形意味著我們必須注重于部分和聯(lián)合之間的關系來了解系統(tǒng)。它警告了系統(tǒng)設計者，如果他們在部分上無法認識聯(lián)合和焦點，將會有不意的后果。 輸入-變形-輸出處理。 第四個原則是，系統(tǒng)是一個取輸入并把它們轉換成輸出的持續(xù)過程。輸入從環(huán)境獲得，而且輸出在持續(xù)的交換中回到環(huán)境。舉例來說，一個商業(yè)公司引進輸入，像原料和勞動力, 再把他們轉變成貨物和服務,然后把它們遞送給它的客戶。供應者和客戶都是它外部環(huán)境的部份。 反饋。 第五個主要的原則是反饋的概念。反饋是允許一個系統(tǒng)獲得它的期望值或穩(wěn)定狀態(tài)。這里有兩種形式的反饋環(huán)。第一種叫做負反饋或者叫做錯誤控制反饋，在這種反饋的信息中，系統(tǒng)的響應是在事實或錯誤已經(jīng)發(fā)生之后。系統(tǒng)利用微小誤差的信息來采取正確的措施。另一個叫做前饋控制。它在本質上是預先的防范。在擾亂能影響系統(tǒng)之前 , 系統(tǒng)預期可能發(fā)生的東西，而且采取糾正行動。自動調溫器利用了反饋信息。保持一艘太空船在它的軌道上需要前饋控制。軌跡必須在太空船離開它的軌道之前的到糾正。 內部平衡。 GST 的第六個原理是涉及系統(tǒng)獲得一個動態(tài)平衡狀態(tài)的能力的內部平衡的概念。那是,不像簡單的古典技巧自動駕駛裝置喜歡一個自動調溫器, 系統(tǒng)不回到它的初始狀態(tài)然而，它回到取它的生存和生長的機會最大值的狀態(tài)。這個狀態(tài)可能是或不是系統(tǒng)最初開始的狀態(tài)。 Equifinality。 最后的原則是 equifinality 的概念。Equifinality 被定義為系統(tǒng)從許多不同的初始狀態(tài)來獲得同樣的最后結果的能力。這就是系統(tǒng)在該系統(tǒng)能從許多不同的初始開始位置找到相同的最后狀態(tài)上展現(xiàn)一個多數(shù)-單一行為。Equifinality 能被比喻成許多人從不同的方向向一個目標射擊，而所有的子彈都能找到靶眼的情形。 我們剛剛才列舉 GST 的一些主要原則。在這篇論文的最后，我們將系統(tǒng)觀點在理解和設計管理控制系統(tǒng)上的應用。為了做到這些，我們必須首先從管理控制的工作定義上開始工作。 什么是管理控制 ? " 控制 " 被用于各式各樣的情形來描述許多不同的現(xiàn)象。結果，不同的科目不同地使用這個詞語。我們定義如下: 管理控制系統(tǒng)包含了所有的系統(tǒng)結構，程序，而子系統(tǒng)被設計于引出一個達到系統(tǒng)在最高水平性能運行的策略目的的行為，而且這個系統(tǒng)有最少的不意后果和風險。 在這些定義中主要的思想如下?？刂剖怯嘘P達成策略的目的。系統(tǒng)必須要達到一個良好水平的性能，同時最大限度減少產生不意后果的機會。結構在一個系統(tǒng)中提及到正式的工作，權威和職責任務。程序是控制完成過程中的工作。子系統(tǒng)通過對激烈行為提供正確的激勵來支持結構和程序。 管理控制和系統(tǒng)理論。這里有幾種重要的應用為管理控制系統(tǒng)的領域提供GST觀點。 首先，以 GST 作為一個架構意味著我們看待管理控制系統(tǒng)必須象利用他們的環(huán)境存在于持續(xù)的商業(yè)中的生物系統(tǒng)一樣相似。如果一個系統(tǒng)和它的環(huán)境是持續(xù)商業(yè)中的一個開放系統(tǒng),它就會認為，環(huán)境在決定和解釋它的行為和控制它的命運方面非常重要。含意是一項管理控制系統(tǒng)的研究必須從了解并且表征系統(tǒng)環(huán)境開始。系統(tǒng)的環(huán)境可能是良性的(少數(shù)威脅)或不確定的和動態(tài)的(迅速的變化)。有效的管理控制系統(tǒng)應該符合他們的環(huán)境的需要。 其次, GST 觀點當適用于管理控制的時候會斷言這些系統(tǒng)展現(xiàn)目的論的或有目的的行為。當我們陳述控制的目的是達成策略的目的和避免不有意的結果的時候，我們在我們的管理控制系統(tǒng)的定義中插入這些。 第三,相關次要系統(tǒng)的概念建議我們應該把控制系統(tǒng)看成是包含著許多相關成分的系統(tǒng)。這些成份中某些可能是結構的成份, 像是信息，權威代表團,等等。 其它可能是動作的或文化的因素,諸如靈活的行為或建立正確的價值觀。這些系統(tǒng)是相關的，這就意味著必須設計好沒一個識別它在其他部分上的影響。舉例來說，我們應該考慮信息如何影響人類和反之亦然。這意思是，給管理控制系統(tǒng)的設計者的挑戰(zhàn)是把系統(tǒng)的結構成份集中在一起，且連同它的動作和文化的成份系統(tǒng)起來，這樣，三方面的工作就成為了一個單獨的整體。 第四,輸入-變形-輸出的觀念連接對環(huán)境的管理控制系統(tǒng)。系統(tǒng)從他們的環(huán)境中獲得輸入，并他們轉變成輸出, 然后把輸出送回來進入環(huán)境中。為了要設計好一個管理控制系統(tǒng)，它要求我們適當理解在環(huán)境哪里找正確的輸入,什么類型的轉換特性，而且生產什么輸出。 管理控制系統(tǒng)的不同將會反映不同的輸入- 變形- 輸出 。舉例來說, 使用一個大眾的制造業(yè)的程序的制造系統(tǒng)將會比利用原始制造方法有不同控制形式的控制系統(tǒng)。了解輸入- 變形- 輸出的程序對決定一個系統(tǒng)的控制管理系統(tǒng)的具體設計參數(shù)很有幫助。 第五, 反饋的想法在設計管理控制系統(tǒng)方面是非常有用的。在若干的情形中，一個系統(tǒng)面臨著是否選擇設計反饋或前饋系統(tǒng)的問題。預算的控制典型地使用負反饋。經(jīng)濟和時常預測系統(tǒng)使用前饋信息。 一般地前饋控制是比較好的，但是他們是很貴。反饋系統(tǒng)效率不那么好，但設計和實現(xiàn)的費用相對要少。 第六,內部平衡的概念在管理控制區(qū)域中的意思是不尋求一個穩(wěn)定的平衡。而是在尋找一個改進狀態(tài)。連續(xù)的改進而并非狀態(tài) quo 的維護在設計控制系統(tǒng)方面變成一個主要議題。為了使它們的生存機會最大化，控制系統(tǒng)必須不斷地注意它們的環(huán)境和改善他們的操作 最后，GST的第七原則和等效結果的概念有關。這些對管理控制的有用之處是它阻止設計者去尋找一個最好的方法去處理事情。它認識到對一個控制系統(tǒng)有許多不同的設計能導致同樣的最后結果。等效結果的概念刺激設計者在系統(tǒng)的任何地方尋求解決方法且在最有效獲得系統(tǒng)目標中說明變化。舉例來說，工人的生產力不單會被工作的策劃影響,也會被他或她工作所處的社會環(huán)境影響。因此,工人生產能力的增加,能通過重新設計工作或通過重置工人正在操作的社會系統(tǒng)。 （第三篇） 統(tǒng)計質量控制在包裝業(yè)中的應用 - 個案研究 統(tǒng)計質量控制 (SQC)在產品和現(xiàn)代材料包裝中是不可缺少的一部分．選擇用于解決基本的SQC 的軟件取決定它是否是一種不便的，繁瑣的工作還是能流暢的操作程序的部份。 SQC 軟件必需要不僅能收集質量數(shù)據(jù)并且能繪制控制圖表，同時也要具備能夠讓其成為一個能較好地運行并有效的質量系統(tǒng)。 有效地實行統(tǒng)計質量控制(SQC)是從選擇對公司的質量目標的最適合的工具和方法開始。因為人工制成的圖表可能是既累贅又耗時,在以個人計算機為基礎的SQC使用專門的軟件既適合常式制圖,也是對程序改進學習的基本。 很多的以個人計算機為基礎的 SQC 軟件很容易得到。大部分,然而,都是發(fā)展來用于分離出來的制造業(yè)的發(fā)展, 特別是汽車部門, 而且它不符合現(xiàn)代包裝業(yè)和包裝業(yè)者的多樣化要求。當評價 SQC 軟件的時候，包裝生產者和制造業(yè)者在做出他們的選擇的時候需要注意它的這些缺點。 據(jù)1985 年由西北航空公司質量分析家的介紹, 西北的分析,公司 (西北航空公司) 最初把重心集中在程序業(yè)的需要 , 比如食物,藥學的, 和化學藥品。很自然，西北航空公司將它的注意集中于與包裝有關的問題, 是否運用到包裝材料或對他們的利用中。 結果，西北航空公司質量分析家是現(xiàn)在被用于那些工業(yè)的SQC 包裝的領航力量。它的申請范圍從內在的質量控制和程序的改進到廠商證明和管制的服從。 罐頭凸緣。 合適的軟件能簡單有效地應用SQC 應用程序而且能使制造職員方便及時地在程序管理的各個階段使用。通過在裝備期間使用西北航空公司質量分析家,舉國一致公認的廠商的工程員工們在生產兩件或三件一套的罐子的同時增加制造的比率時候，能夠由控制邊緣寬度改善罐子質量。 工程師建立一條在使用控制圖解和程序的常式系列能力分析報告的規(guī)格里面產生容器的形成罐子的線。他們發(fā)現(xiàn)在策劃配置和轉變過程中靈活使用SQC的意義遠大于只是總體上提高產品質量。由于在轉向上的努力指導其去最好地執(zhí)行，操作的速度也同樣增加了。 這樣的結果使得讓部分那些擁有SQC 軟件的各類使用者的入門提供簡單便捷的路徑,像定義的設定(比如規(guī)格限制和計算方法)和報告和自動化結合制成圖表能力。結果工程師完全地得到他們需要的圖表而不需要打亂程序。 在他們的開始分析中，工程師認識到罐頭的線在統(tǒng)計的控制中是穩(wěn)定的。 (見到圖 1 )。 然而，在如顯示程序能力柱狀圖和報告所顯示的規(guī)格卻是有欠缺的；Cpk- 理想的是1.3 或更多- 卻只有0.25。由于控制圖解表示了程序是在控制中，工程師沒有浪費他們的時間來調查特別的因素(舉例來說，操作員，給料,改變改變變化,等等), 而是把重心集中在程序修正改進來增加程序能力。除了處理機器的一般情況之外, 把定心形成已被證實是的頭對改良程序能力是緊要關頭的邊緣。 圖 1最初的調查顯示,罐頭線條能存在于在統(tǒng)計的控制中,盡管它不是很恰當。 因為變化的特別因素能被排除，因此程序需要修改。 圖 2用圖表分析說明以線的制造,在機器改進升級之后,定心程序使系統(tǒng)開始進入一種有能力的情況之內。結果，Cpk 增加到可接受的1.335。程序控制中的監(jiān)測控制圖解和程序能力會繼續(xù)如操作程序的標準部份。由于數(shù)據(jù)文檔和制圖的參數(shù)已經(jīng)建立,統(tǒng)計質量控制制圖同樣也成為線操作人員工作流程中一個簡單的和正常部份。 在調整邊緣機器之后，伴隨著Cpk增加到可接受的1.335，系統(tǒng)開始進入一種有能力的情況之內。 塑料的容器-非常適用于填充重量控制。 那個制成圖表和對大量的包裝制造業(yè)的需求分析說明充填物能挑戰(zhàn)。在許多情況, 專們的制圖需要精確的分析和有效解決問題的方法。典型的例子是多洞模型和多頭的填充機器,時常稱為 "程序系" 。 程序系將多樣的同一子系統(tǒng)納入一個單一程序, 像是分開的模子一個多洞模子的洞。來自次要系統(tǒng)的每個樣品加上全部的程序一定被獨立地檢查。為了滿足程序系的特別需要,西北航空公司質量分析家在提供中值/個體(M/I)的控制制成圖表方面是獨特的。 當制造的時候，一個包裝制造業(yè)者面對了使人畏縮的數(shù)據(jù)收集和分析問題符合廠商證明需求6盎斯。塑料杯子使用一部40個洞的注入成型機器。M/I制成圖表允許他們在監(jiān)測總過程的同時也可以檢測個別模子洞的活動。杯子制造業(yè)者對 M/I的使用制成圖表提醒杯子的使用者，一個酵母乳包裝者,也可能使用能成功達到同等的結果的技術操作。 由于每個洞是一個獨立的程序，它會需要41幅控制視圖完全地檢測杯子的成型過程每個洞一幅另外加上總程序一幅。圖表會從所有的數(shù)據(jù)中任意地選擇出抽樣檢查品來自所有的洞數(shù)據(jù),當然也會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,那些丟失的數(shù)據(jù)表示不合格的產品。此外,M/I圖解使得他們大幅度地減少了在普通的分析中所需要的時間,勞力以及花費。 M/ I制成圖表易于閱讀和解釋,而且要比多樣可選擇的X-bar圖表容易處理得多。洞經(jīng)常地產生有缺陷的杯子,換句話說,那些顯示不在控制之內的程序通過在一幅M/I圖表中洞的數(shù)量被指出來(見到圖 3 )。個體與以所有個體的行為為基礎的控制極限一起顯示。 中間部分,代表著總過程的活動行為,它是來源于所有中間的數(shù)值控制限制,并通過一條圍繞圖表中間線上下波動的線表示出來.這種清晰,易懂的顯示讓制造商完全集中在有問題的洞上,這樣就大幅度地減輕了質量控制部門的負擔.。M/I圖表顯示所有獨個模型洞,當這些洞不在統(tǒng)計控制內時,總是通過數(shù)字顯示出來。那條上下波動的線顯示了整個過程的活動情況。 如圖 3 所示,雖然洞14有一次超出上面的個體控制限制，而且洞27在檢測過程中曾兩次不在控制之內,但整個過程 ( 通過一條上下波動的線表示) 都是在統(tǒng)計的控制中。 在控制圖表的普遍使用過程中不太可能作到提醒工程師們去注意每個不在控制之中的洞的行為。從所有的 40個洞中很隨意地抽取樣品, 有缺陷的挑選樣品的可能性幾乎為零。此外,由于洞 27經(jīng)常重復生產重量不足的杯子,然而它的部分程序實際上是在統(tǒng)計的控制中(見到圖 4),雖然它經(jīng)常地產生有缺陷的杯子。 圖 4 由于洞27經(jīng)常生產有缺陷的產品，然而它實際上是在統(tǒng)計控制中的, 如同在上面指出的一樣，變化的可指定的因素的確認需要較進一步的分析。 一旦有缺陷杯子的來源被識別,制造業(yè)者被引導去進一步地分析。西北航空公司質量分析家允許了他們方便快捷而且獨立地選擇并為不符合規(guī)格的洞制成圖表數(shù)據(jù),然后進行矯正行動。一個柱狀圖的比較,顯示了洞27的單獨分布, 同時40個洞的整個組的圖示也很清楚地表明洞27生產重量不夠的杯子。(見到圖 5 )。結果不久就被證實在使用 t-質量分析家的一般統(tǒng)計學區(qū)段的測試。 柱狀圖邊與邊的比較代表著全部的程序(左邊)和單獨的洞27(右邊)表明洞27的值很大程度上移動到左邊。換句話說，洞27經(jīng)常地生產重量不足的杯子。 M/ I的包含以杯子出貨到酵母乳處理器的制成圖表導致有多傳感頭的填充機器的M/I技術的應用 。由于成功地監(jiān)測每個填充頭的行為,處理器能夠很大程度上減少數(shù)量和費用-- 故意裝得太多保證標簽填充壓重。 他們的分析被質量和充填物的出口路徑程序的檢查過秤員的分析家的數(shù)據(jù)整合的弄得更簡單。 (對于一個深入的檢查和 M/I的制成圖表能力和應用較進一步的例子,可參照西北航空公司的"M/I的測量控制制成圖表"小冊子的副本,Perry Holst 和約翰 Vanderveen,M/I的技術開發(fā)者說道)。 數(shù)據(jù)收集和 Plantwide 數(shù)據(jù)系統(tǒng)的 SQC。 如設備自動化增加的使用，各類工業(yè)的制造業(yè)者正在轉向以計算機為基礎的數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集及存儲產品數(shù)據(jù)。如果SQC軟件不能夠容易地存取數(shù)據(jù)，然而，在數(shù)據(jù)庫或測試儀器數(shù)據(jù)站中存儲的產品數(shù)據(jù)可能是被限制的值。 這些障礙能被克服,如果SQC軟件能通過在一個開放的數(shù)據(jù)結構中移動文件來移動數(shù)據(jù),如界定的美國信息交換標準代碼-或如果SQC軟件和數(shù)據(jù)來源遵照微軟的開放數(shù)據(jù)庫連接 (公開數(shù)據(jù)庫連接性)標準。當和它的自動化特征結合的時候，質量分析家的數(shù)據(jù)連接性特征進入測試臺和制造業(yè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之內為整合使它成為明顯的選擇。(見到圖 6 )。 整合意謂 SQC 制成圖表立刻能被生產而且它在測試階段就是可得的,并增加有效運行的可能性。而且,和其他的軟件和系統(tǒng)的質量分析家接口。除此之外, 西北航空公司質量分析家的運行件公用程序,使用像宏一樣的手跡,經(jīng)常自動化操作,也重復制圖工作。當越來越多的包裝形成而且填充機器作為其操作控制而使用商業(yè)管理控制系統(tǒng),整合而且自動化 SQC 的能力就變得很必要了。自動操作和數(shù)據(jù)路徑的結合, 無論何時何地, 都很大程度上使得繪制SQC圖表工作簡單化。