Статистические методы
Статистические методы оптимизации применяются к «плохо управляемым» процессам, подверженным существенному влиянию факторов, которые по тем или иным причинам не контролируются системой управления.
В сложных процессах эти методы оптимизации зачастую единственно пригодны, поскольку ни оператор, ни управляющая ЭВМ в ряде случаев вс способны учесть суммарный эффект от действия множества различных факторов, связанных сложными зависимостями. Кроме того, на процессах могут сказываться явления, недоступные контролю по физическим или техническим причинам.
При использовании статистических методов возникают две основные задачи: построение модели и нахождение стратегии оптимального управления. Для их решения разработано несколько эффективных статистических методов.
При создании математических моделей наиболее универсальным является метод регрессионного анализа. Зависимость каждого из основных параметров процесса от различных факторов представляется в виде многочлена, включающего рассматриваемые факторы и их комбинации. Коэффициенты при отдельных слагаемых многочлена (коэффициенты регрессии) определяются путем статистической обработки экспериментальных данных. Эксперименты разделяются на пассивные, регистрируемые в ходе производственного процесса, и активные, выполняемые по специальному плану.
Следует отметить, что стремление учитывать влияние многих факторов приводит к необходимости сбора и обработки очень больших массивов информации. С целью значительного сокращения объема работы широко применяется метод многофакторного эксперимента. Существо метода состоит в том, что взамен традиционного последовательного исследования влияния отдельных фактороз при неизменных значениях остальных в данном случае при каждом опыте исследуется влияние одновременного изменения нескольких факторов. Даже при небольшом числе исследуемых переменных метод позволяет значительно уменьшить количество экспериментов при условии, что их чередование выполняется по определенному плану. Эффективность метода быстро возрастает с увеличением сложности исследуемого процесса.
При наличии разработанной модели задача оптимизации сводится к прогнозированию хода процесса при различных комбинациях управляющих воздействий и выбору оптимального варианта. Имеется ряд методов, позволяющих осуществлять целенаправленный поиск вариантов в направлении возрастания целевой функции— в частности так называемый симплекс — метод и его модификации, пригодный для линейных регрессионных моделей. Реализация таких методов наиболее эффективна в системах управления на основе ЭЕРМ.
Статистические методы оптимизации в настоящее время все шире используются в вакуумно-технологических процессах (особенно, в полупроводниковых и электровакуумных производствах). Ввиду относительной сложности этих методов рассматривать примеры их применения в рамках настоящей брошюры не представляется возможным, Подробное описание методов статистического моделирования и оптимального управления содержится в литературе, указанной в приложении к брошюре.
В настоящее время технические средства и методические основы автоматизации вакуумно-технологических процессов разработаны в достаточной степени для внедрения в промышленность.
Серийно выпускаются многие виды автоматизированного вакуумного оборудования и его элементов. В производственных условиях эксплуатируются автоматизированные системы управления различными видами вакуумных процессов. Результаты эксплуатации показывают высокую технико-экономическую эффективность автоматизации.
Среди различных методов управления наибольшее распространение получают программное управление и автоматизация на основе ЭВМ. Первые преимущественно применяются при автоматизации относительно простых и «хорошо управляемых» процессов, вторые— в сложных процессах и (или) крупных системах. Следует отметить, что в последнее время наблюдается тенденция к взаимному сближению этих направлений, с одной стороны, благодаря совершенствованию конструкций программаторов на основе достижений вычислительной техники, с другой—благодаря снижению сложности управляющих вычислительных машин путем перехода к микро-ЭВМ на основе больших интегральных схем, по техническим и экономическим данным, пригодных для управления одиночными установками.
В ближайшее время большинство вновь разрабатываемых образцов вакуумно-технологических установок, рассчитанных на промышленное использование, будет создаваться с учетом возможности использования в составе автоматизированных систем управления.