Информационные технологии в металлургии. Практикум

№ 4397 М И Н И С Т Е РС Т В О Н АУ К И И В Ы С Ш Е ГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра цветных металлов и золота

С.С. Киров Е.В. Чукина

О.Н. Криволапова

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ

Практикум

Допущено Федеральным Учебно-методическим объединением по укрупненной группе специальностей и направлений 22.00.00 «Технологии материалов» в качестве учебного пособия при подготовке магистров, обучающихся по направлению 22.04.02 «Металлургия»

Москва 2021

3

Предисловие

Настоящий практикум предназначен для проверки знаний, приобретенных магистрами, обучающимися по направлению «Металлургия», в процессе изучения дисциплины «Информационные технологии в металлургии».

Одной из наиболее важных и актуальных задач современного общества является информационное обеспечение практически всех сфер деятельности человека. Для непрерывного поступательного развития всех технологических процессов и производств своевременное получение и обработка информации чрезвычайно важны, а следовательно, должны быть организованы на принципах поточного производства. Кроме того, вопросы применения и функционирования информационных технологий (систем) на металлургическом предприятии являются ключевыми с точки зрения управления и оптимизации производства. При этом под информационным обеспечением (поддержкой) деятельности понимается предоставление каждому ее участнику всей необходимой информации с соблюдением требований своевременности, актуальности, релевантности и т.п.

Практикум состоит из следующих разделов: основные понятия информации и информационных технологий; технологии сбора, обработки и передачи информации; основные понятия автоматизации; системы автоматического управления, основы их проектирования и обслуживания. Краткие пояснения к каждому разделу пособия совместно с курсом лекций позволят обучающимся ответить на предлагаемые вопросы.

Практикум можно использовать для самоконтроля знаний в области информационных технологий и автоматизации технологических процессов, опроса студентов на практических занятиях, подготовки к контрольным работам, зачету (экзамену).

4

1 Основные понятия информации и информационных технологий

Основной особенностью современного развития цивилизации является рост производства и потребления информации во всех сферах человеческой деятельности. Вся жизнь человека так или иначе связана с получением, обработкой, передачей и накоплением информации. Одной из важнейших проблем человечества на современном этапе является лавинообразный рост объема информации практически в любой области жизнедеятельности. Современный специалист тратит около 80 % своего рабочего времени на отслеживание изменений и новых тенденций в развитии его области деятельности, что затрудняет восприятие информации и соответственно принятие правильных управленческих решений.

Термин «информация» используется во многих науках и сферах деятельности человека. Однако, несмотря на привычность этого термина, строгого и общепринятого определения для него не существует. Он происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение.

Как известно, все окружающие нас физические объекты являются либо телами, либо полями. Взаимодействуя друг с другом, они порождают сигналы различных типов, которые характеризуются набором некоторых параметров (параметр сигнала). Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений, количество которых конечно, то такой сигнал называют дискретным. Если параметр сигнала – это непрерывная во времени функция, то сигнал называется непрерывным. При этом сигнал может порождать в физических телах изменение свойств, которое может быть зафиксировано, это явление называется регистрацией сигналов. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе, называются данными. Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, так как одни и те же данные могут интерпретироваться совершенно по-разному. Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним применить методы, которые преобразуют данные в понятия, воспринимаемые потребителем (рисунок 1.1). Таким образом:

-- информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных методов,

5

-- информация не является статическим объектом, она появляется и существует в момент слияния методов и данных, все прочее время она находится в форме данных,

-- момент слияния данных и методов называется информационным процессом.

Для работы с данными различных видов необходимо унифицировать форму их представления. Это достигается с помощью кодирования – представления информации в альтернативном виде. Кодирование выполняется для обеспечения удобства хранения, обработки и передачи информации; удобства информационного обмена между субъектами; наглядности отображения; идентификации объектов и субъектов; сокрытия секретной информации и т.д. Кроме того, универсальная система кодирования требуется и для обработки огромных массивов различной информации с помощью современных средств ЭВМ. В качестве элементов кодируемой информации могут выступать буквы, слова или же целые фразы; различные символы (знаки препинания, арифметических и логических операций и т.д.); числа; аудиовизуальные образы; процессы и явления; наследственная информация и т.п. Кодовые обозначения могут представлять собой буквы и сочетания букв, числа, графические обозначения, электромагнитные импульсы, световые и звуковые сигналы, набор и сочетание химических формул и т.д. Кодирование информации бывает:

-- одно- и многоуровневым; -- обратимым и необратимым.

Рисунок 1.1 – Формирование информации

Информация имеет такие разнообразные свойства, как:

-- дуализм (двойственность) информации – информация, с одной стороны, объективна в силу объективности данных, на основании которых она формируется, с другой – субъективна в силу субъективности применяемых методов;

-- полнота информации – характеризует степень достаточности данных для принятия решения. Неполнота или избыточ-

6

ность набора данных затрудняет получение информации. Неполнота набора данных создает большую долю неопределенности (большое число вариантов решений), что требует применения дополнительных методов, например метода экспертных оценок. Избыточность набора данных затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов анализа, например фильтрации, сортировки и др. Свойство полноты информации предполагает, что имеется возможность измерять количество информации – характеристику информации, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения информации;

-- доступность информации – это возможность получения информации при необходимости. Доступность складывается из доступности данных и доступности методов. Отсутствие хотя бы одного порождает неадекватность информации;

-- адекватность информации – выражает степень соответствия создаваемого с помощью информации образа реальному объекту, процессу или явлению;

-- актуальность информации – поскольку информация, как и все процессы, существует во времени, может оказаться, что информация, актуальная сегодня, будет совершенно ненужной по истечении некоторого времени;

-- достоверность информации – это свойство, характеризующее степень соответствия информации реальному объекту с заданной точностью (при работе с неполным набором данных достоверность информации может характеризоваться вероятностью).

С точки зрения первичной классификации информации ее целесообразно разделить на два вида:

1)сведения об источниках, где находятся необходимые

данные,

2)собственно данные, пригодные для непосредственного использования.

В настоящее время мы являемся свидетелями бурного развития индустрии информации, которое обусловлено как объективными потребностями науки, техники и экономики, так

изакономерностями всего общественного развития. Человечество активно формирует информационное общество. Средством перехода современного общества к информационному является

7

информатизация – комплекс мер, направленных на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех общественно значимых видах человеческой деятельности (акад. А. П. Ершов). Целью информатизации является формирование информационных технологий и создание условий для их использования в различных общественных системах. При этом процесс информатизации можно воспринимать как совокупность действий и мер по формированию и реализации материальной основы развития информационного общества. Основными концепциями информатизации являются:

-- формирование информационной среды, обеспечивающей наиболее рациональное информационное обеспечение деятельности предприятия (организации, учреждения),

-- аспекты информатизации с точки зрения формирования конечных результатов,

-- определение путей, средств и методов достижения основных результатов информатизации.

Информатизация охватывает процесс получения новой информации, ее обработку и использование на практике, а также разработку информационных и информационно-коммуни- кационных технологий для последующей передачи полученного опыта в той или иной сфере (рисунок 1.2). Информационная технология при этом представляет собой бинарный информационный ресурс, который включает собственно саму информацию, а также сведения о методе (способе) ее использования и применения. В зависимости от развития качественных и количественных характеристик передаваемой информации на каждом этапе истории развивались определенные средства и способы ее передачи – информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). При этом изобретение каждого нового способа передачи информации явилось следствием противоречия между возрастающими объемами информации и ограниченными возможностями (способностями) человека в области ее восприятия, обработки, усвоения и хранения.

Для поступательного развития современного общества определяющую роль играет развитие информационного обеспечения всех сфер его жизнедеятельности, производственные процессы в котором должны быть организованы на принципах поточного производства. Информационным обеспечением деятельности (ИОД) при этом называют совокупность единой си-

8

стемы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих на предприятии (организации, учреждении), методологии построения баз данных.

информационные

технологии

информация информатизация

информационнокоммуникационные технологии

Рисунок 1.2 – Представление об информатизации

Под системной классификацией при этом понимается такая классификация информации, которая удовлетворяет требованиям всего комплекса задач, реализуемых в системе, а процедура такой классификации заключается в выборе критериев деления информации на классы и обосновании классификационной структуры согласно выбранным критериям. В этом случае информацию рассматривают с двух сторон: как информационный ресурс общества, необходимый для информационного обеспечения деятельности человека, и как специфическое сырье, подлежащее сбору и переработке по определенным технологиям. При обработке информации обычно решаются задачи определения структуры (содержания) информационного потока и преобразования исходной структуры в соответствии с определенными правилами в требуемую. Чаще всего методами обработки информации являются чисто математические методы, которые могут быть формализованы в виде математических зависимостей, а решение найдено с помощью современных средств вычислительной техники.

Понятие «информационные технологии» (ИТ) относительно новое. Очевидно, что оно является производным от понятий «информация» и «технология». Специалисты в определении ИТ подчеркивают широкий и узкий смысл понятия. В широком смысле ИТ – это наука, научная дисциплина о методах описания, разработки и создания информационных технологий. В узком

9

смысле ИТ, с одной стороны, – это целенаправленная деятельность по реализации информационных процессов с помощью современных методов и средств, с другой – это представленное в проектной форме концентрированное выражение научных знаний и практического опыта (технологическая документация, технологическая карта и т.п.). К. К. Колин выделяет следующие первоочередные задачи теории информационной технологии:

1)  разработка методов структуризации и классификации информационных технологий различного вида и назначения по их характерным признакам,

2)  разработка критериев эффективности информационных технологий, методов их оптимизации и сравнительной количественной оценки,

3)  определение перспективных направлений развития информационных технологий, а также научных методов, которые должны лежать в их основе,

4)  определение принципов создания перспективных средств для реализации высокоэффективных информационных технологий нового поколения.

Практически же ИТ реализуются с применением про- граммно-технических комплексов, состоящих из персональных компьютеров или рабочих станций с необходимым набором периферийных устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети и обеспеченных необходимыми программными средствами.

Исходя из вышеизложенного можно сказать, что с прикладной точки зрения ИТ – это совокупность методов и про- граммно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распределение и отображение информации в целях снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, а также повышения их надежности и оперативности.

Существует множество признаков, по которым осуществляется классификация ИТ. Ниже приведены только некоторые из них:

1)  наполняемость: предметные (наполняемость технологических процедур ручными операциями), обеспечивающие (наполняемость общесистемными операциями) и функциональные (наполняемость операциями из предметной области),

10