Проектирование систем автоматизации. Курс лекций
.pdfтрактную подготовку, подготовку технического задания (ТЗ) и Дого- вора на создание системы, проектирование и изготовление системы, пусконаладочные работы, опытную эксплуатацию, сдачу в промыш- ленную эксплуатацию, выполнение гарантийных обязательств, по- стгарантийное обслуживание. Оно продолжается на последующих работах у данного Заказчика, а полученные от него позитивные от- зывы помогают Исполнителю упрочить свои позиции на отраслевом рынке.
Наиболее критично взаимодействие с Заказчиком на этапе пред- контрактной подготовки и подготовки Исполнителем ТЗ и на этапе пусконаладочных работ. Ключевым элементом предконтрактной подготовки является определение задачи. Определение задачи вклю- чает в себя как чисто технические вопросы, так и формулирование юридических ограничений.
Технические вопросы:
•структурирование объекта управления, разделение его на тех- нологические участки и установки;
•динамика проходящих на объекте процессов;
•требования по точности поддержания установившихся режи- мов и по осуществлению переходных процессов;
•взаимное расположение технологических установок, располо- жение операторной;
•перечень измеряемых параметров и управляющих воздействий;
•реализация резервирования в системе управления;
•необходимость выделенной системы противоаварийной защи- ты (ПАЗ) и требования по ее резервированию;
•количество и расположение автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов;
•требования по ведению архивов и генерации отчетов, интер- фейс с верхним уровнем;
•требования по искрозащите и взрывобезопасности;
•наличие у Заказчика в эксплуатации оборудования определен- ных изготовителей и подготовленного для работы с ним персонала;
•требования, предъявляемые к документации.
Юридические ограничения:
•требования по сертификации, предусмотренные федеральным законодательством;
•требование Заказчика о наличии международных сертификатов (например, TÜV) на оборудование;
11
•отраслевые и корпоративные ограничения на применяемое оборудование;
•необходимость наличия у Исполнителя сертификатов, лицен- зий, авторизаций и т.п.;
•требования нормативных документов по применению выде- ленной системы противоаварийной защиты (ПАЗ) и по использова- нию резервирования в системах управления и ПАЗ;
•требования к стране происхождения применяемого оборудова- ния и программного обеспечения (ПО);
•требования по предоставлению исходных текстов ПО, подроб- ной технической документации.
Следует отметить, что требования по построению отказоустойчи- вых резервированных систем и выделению подсистем ПАЗ могут быть как выдвинуты самим Заказчиком, исходя из его видения тех- нических аспектов эксплуатации объекта, так и продиктованы нор- мативными документами, поэтому они приведены выше дважды.
Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ определены правовые, эко- номические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуа- тации опасных производственных объектов; он направлен на преду- преждение аварий на опасных производственных объектах и обеспе- чение готовности организаций, эксплуатирующих опасные произ- водственные объекты, к локализации и ликвидации последствий ука- занных аварий. Перечень опасных производственных объектов при- веден в Приложении 1 к указанному Закону, он охватывает боль- шинство современных производств. Согласно ст. 7 данного Закона «Технические устройства, в том числе иностранного производства, применяемые на опасном производственном объекте, подлежат сер- тификации или декларированию соответствия на соответствие тре- бованиям промышленной безопасности в установленном законода- тельством Российской Федерации о техническом регулировании по- рядке». Порядок сертификации и декларирования регламентируется Федеральным законом «О техническом регулировании» № 184-ФЗ.
Разрешение на применение конкретных видов (типов) техниче- ских устройств на опасных производственных объектах выдает Фе- деральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). Положение о Федеральной службе по эколо- гическому, технологическому и атомному надзору утверждено по- становлением Правительства Российской Федерации от 30 июля
2004 года № 401.
12
Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» № 102-ФЗ регулирует отношения, возникающие при выполнении из- мерений. Средствами измерений являются, в частности, используемые в составе систем управления датчики и программируемые контролле- ры. Указанным законом предусмотрено Свидетельство об утвержде- нии типа средств измерений, несущее информацию о том, что данное средство измерений внесено в Государственный реестр средств изме- рений и допущено к применению в Российской Федерации.
На практике получение разрешения Ростехнадзора и/или Свиде- тельства об утверждении типа средств измерений (метрологического сертификата) осуществляется с привлечением на договорной основе аккредитованных фирм.
Требования и ограничения к стране происхождения оборудования чаще встречаются при разработке систем оборонного назначения, это можно сказать и о требованиях предоставления исходных текстов ПО.
Объем прорабатываемых Исполнителем совместно с Заказчиком вопросов может быть разным. Так, серьезный нишевой игрок на рынке, предлагающий узкоспециализированные решения и обла- дающий большим отраслевым опытом, будет задавать минимум во- просов и будет практически самостоятельно готовить технико- коммерческие предложения (ТКП) и продвигать свои идеи, в то вре- мя как компания, выходящая на рынок новой для себя отрасли, будет стараться получить от Заказчика как можно больше информации.
Проработанный в тесном взаимодействии с Заказчиком рассмот- ренный выше набор требований ложится в основу ТКП, содержащего основные технические параметры предлагаемой к разработке системы и оценку ее стоимости. В состав ТКП, как правило, входят поясни- тельная записка, содержащая основные характеристики технологиче- ского объекта управления, укрупненные блок-схемы и чертежи, пред- варительная спецификация применяемого оборудования с ценами, сроки поставки, сроки и стоимость проведения инженерных работ. При подготовке ТЗ и контрактных спецификаций параметры, в том числе ценовые, и комплектация системы могут быть изменены по со- гласованию в Заказчиком, о чем следует явно указать в тексте ТКП.
При подготовке ТКП, а затем ТЗ следует четко разграничить зоны ответственности Заказчика, Исполнителя, иных субподрядчиков За- казчика, являющихся для Исполнителя третьими лицами.
На этапе пусконаладочных работ осуществляется стыковка систе- мы управления с объектом, тестирование и комплексная наладка все- го технологического участка, включая систему управления. Идет ак-
13
тивное устранение ошибок, замена неисправных комплектующих и т.д. На этом этапе вносятся значительные корректировки в алгорит- мы управления и в программное обеспечение. Здесь Исполнителю важно максимально удовлетворить заявленные и ожидаемые потреб- ности Заказчика и проявить лояльность к Заказчику, что облегчит получение последующих заказов и будет способствовать установле- нию партнерских отношений. При этом следует оставаться в рамках разумного и не выполнять значительного объема работ, не преду- смотренного ТЗ. Следует также отметить, что необходимо своевре- менно отражать вносимые изменения в технической документации. При корректировке ответственных алгоритмов и схем сотрудник, вносящий изменения, должен до внесения изменений получить но- вый алгоритм или схему, подписанный уполномоченным на это ру- ководителем.
1.3. Подготовка технического задания
Техническое задание (ТЗ) является исходным документом для проектирования системы. Оно содержит основные технические тре- бования, применяемые к системе. В ТЗ приводятся стадии разработ- ки документации и ее комплектность, сроки исполнения, порядок приемки.
Формально ТЗ можно определить как перечень требований, усло- вий, целей, задач, поставленных в письменном виде, документально оформленных и выданных Исполнителю работ проектно- исследовательского характера. ТЗ является важным инструментом коммуникации между Заказчиком и Исполнителем, оно позволяет Заказчику осознать, что именно ему нужно, а Исполнителю – понять суть задачи, реализовать проект в соответствии с представлениями Заказчика, отказаться от не предусмотренных ТЗ работ.
Написание ТЗ на автоматизированные системы (АС) регламенти- руется стандартом ГОСТ 34.602–89. «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы» [1.2]. Порядок построения и оформления ТЗ на разработку программы или про- граммного обеспечения (ПО) для вычислительных машин, комплек- сов и систем регламентируется стандартом ГОСТ 19.201–78 «Единая система программной документации. Техническое задание. Требова- ния к содержанию и оформлению» [1.3].
14
ГОСТ 34.602–89 предусматривает следующие разделы, которые, в свою очередь, могут быть разделены на подразделы:
1)общие сведения;
2)назначение и цели создания (развития) системы;
3)характеристика объектов автоматизации;
4)требования к системе;
5)состав и содержание работ по созданию системы;
6)порядок контроля и приемки системы;
7)требования к составу и содержанию работ по подготовке объ- екта автоматизации к вводу системы в действие;
8)требования к документированию;
9)источники разработки.
В состав ТЗ могут быть включены приложения.
Подробно состав разделов приведен в рассматриваемом ГОСТе. Раздел «Общие сведения» содержит информацию о наименовании системы, о Заказчике, Исполнителе, сроках разработки, источниках финансирования. Раздел «Требования к системе» состоит из сле- дующих подразделов:
1)требования к системе в целом;
2)требования к функциям (задачам), выполняемым системой;
3)требования к видам обеспечения.
В подразделе «Требования к системе в целом» приводится широ- кий круг предъявляемых требований, а именно:
•требования к структуре и функционированию системы;
•требования к численности и квалификации персонала системы
ирежиму его работы;
•показатели назначения;
•требования к надежности;
•требования безопасности;
•требования к эргономике и технической эстетике;
•требования к транспортабельности для подвижных АС;
•требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ре- монту и хранению компонентов системы;
•требования к защите информации от несанкционированного доступа;
•требования по сохранности информации при авариях;
•требования к защите от влияния внешних воздействий;
•требования к патентной чистоте;
•требования по стандартизации и унификации;
15
• дополнительные требования.
Подраздел «Требования к видам обеспечения» содержит требова- ния к:
•математическому;
•информационному;
•лингвистическому;
•программному;
•техническому;
•метрологическому;
•организационному;
•методическому;
•другим видам обеспечения системы.
Для математического обеспечения системы приводят требования к составу и способам использования в системе математических мето- дов и моделей, типовых алгоритмов и алгоритмов, подлежащих раз- работке.
Для информационного обеспечения системы приводят, в частно- сти, требования к составу, структуре и способам организации данных в системе; обмену информацией между составными частями систе- мы; совместимости со смежными системами; использованию систем управления базами данных (БД); структуре процесса сбора, обработ- ки, передачи данных в системе; защите данных от разрушений при авариях и сбоях в электропитании системы; контролю, хранению, обновлению и восстановлению данных; процедуре придания юриди- ческой силы документам, получаемым с использованием АС.
Подраздел «Лингвистическое обеспечение» описывает примене- ние в системе языков программирования высокого уровня, языков взаимодействия пользователей и технических средств системы, к способам организации диалога с пользователем.
Для программного обеспечения системы приводится перечень по- купных программных средств, а также требования к независимости программных средств от используемых средств вычислительной тех- ники и операционной среды; к качеству программных средств, а также к способам его обеспечения и контроля; по необходимости согласования вновь разрабатываемых программных средств с фон- дом алгоритмов и программ.
Подраздел «Техническое обеспечение» содержит требования к видам технических средств, допустимых к использованию в системе,
16
их функциональным, конструктивным и эксплуатационным характе- ристикам.
В требованиях к метрологическому обеспечению указываются предварительный перечень измерительных каналов; требования к точности измерений параметров и (или) к метрологическим характе- ристикам измерительных каналов; требования к метрологической совместимости технических средств системы; список управляющих
ивычислительных каналов системы, для которых необходимо оце- нивать точностные характеристики; требования к метрологическому обеспечению технических и программных средств, входящих в со- став измерительных каналов системы, а также средств самоконтроля исправности каналов измерений и измерительных приборов, исполь- зуемых при наладке и испытаниях системы; вид метрологической аттестации (государственная или ведомственная) с указанием поряд- ка ее выполнения и организаций, проводящих аттестацию.
Для организационного обеспечения приводят требования к струк- туре и функциям подразделений, участвующих в функционировании системы или обеспечивающих эксплуатацию; организации функцио- нирования системы и порядку взаимодействия персонала АС и пер- сонала объекта автоматизации; к защите от ошибочных действий персонала системы.
Раздел «Порядок контроля и приемки системы» содержит виды, состав, объем и методы испытаний системы и ее составных частей; общие требования к приемке работ по стадиям с указанием участ- вующих предприятий и организаций, места и сроков проведения, по- рядок согласования и утверждения приемочной документации; ста- тус приемочной комиссии (государственная, межведомственная, ве- домственная).
Раздел «Источники разработки» содержит перечень документов и информационных материалов (технико-экономическое обоснование, отчеты о законченных научно-исследовательских работах, информа- ционные материалы на отечественные, зарубежные системы-аналоги
идр.), на основании которых разрабатывалось ТЗ и которые должны быть использованы при создании системы.
Следует отметить, что часть разделов и подразделов ТЗ оговари- вает формальные вопросы, мало интересные техническому специа- листу. На практике в каждом конкретном случае некоторые пункты включать в ТЗ оказывается не актуально, в этом случае соответст- вующие разделы ТЗ опускают, или, при более строгом подходе, пи- шут соответствующий заголовок раздела или подраздела, а далее
17
в тексте пишут «Требования не предъявляются». Часто получается, что важную для создания системы информацию целесообразно вы- нести в приложение к ТЗ, поскольку она может плохо соответство- вать приведенным в ГОСТе разделам/подразделам или оперативно обновляется в то время, как основная часть ТЗ уже подготовлена и более не редактируется. Как отмечено выше, включение в состав ТЗ приложений предусмотрено указанным ГОСТом.
Порядок подготовки ТЗ регламентирует Приложение 1 (рекомен- дуемое) к рассматриваемому ГОСТу. Особо следует отметить п. 1 Приложения: «Проект ТЗ на АС разрабатывает организация-разра- ботчик системы с участием заказчика на основании технических тре- бований (заявки, тактико-технического задания и т.п.)». То есть под- робное ТЗ в полном объеме готовит Исполнитель, а не Заказчик. Час- то встречающиеся отклонения от этого правила ведут к нарушению коммуникаций между Заказчиком и Исполнителем, следствием чего являются срыв сроков, ущерб качеству, репутационные издержки.
1.4. Конструкторская документация. ГОСТы
Выпуск документации на разрабатываемую систему является важной частью ее проектирования. Качественно подготовленная до- кументация обеспечивает спокойную передачу системы Заказчику последующую самостоятельную ее эксплуатацию силами Заказчика, или, говоря более формальным языком, адекватное отчуждение про- дукта от его разработчика. Состав документации определяется ТЗ. Передача документации Заказчику оговаривается как один из резуль- татов установленных Договором этапов работ или выделяется от- дельным этапом (этапами).
Содержание и оформление документации регламентируется Госу- дарственными стандартами (ГОСТами). Прежде чем переходить к их обзору, отметим некоторые факты из истории стандартизации.
Методы стандартизации начали развиваться с развитием мировой цивилизации. Унификация строительных деталей применялась еще в Древнем Египте, позднее – в Древнем Риме. Упоминания о русских мерах можно найти в первых памятниках древнерусской письменно- сти. Первые сведения о государственной стандартизации производ- ства в России относятся к 1555 г.: при Иване Грозном специальным указом были установлены постоянные размеры пушечных ядер и введены калибры для проверки этих размеров [1.4].
18
В первую очередь стандартизация в России, как и во всем мире, была востребована в оборонной промышленности. Это отражено, в частности, в собрании законов Российской империи времен Петра I, ряд указов которого предписывал многие изделия военной техники делать по точным образцам, бывшим прототипами современных стандартов.
Первым государственным метрологическим и поверочным учре- ждением было Депо образцовых мер и весов, находившееся в Петро- павловской крепости. Оно было создано в 1842 г. В 1892 г. ученым хранителем Депо образцовых мер и весов был назначен Д.И. Менделеев. В 1893 г. по его инициативе оно было преобразова- но в Главную палату мер и весов. Сейчас это Всероссийский научно- исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева.
В начале XIX века стандартизация стала обязательной состав- ляющей производства практически на всех предприятиях мира. Свое дальнейшее развитие она получила в ходе усиленной милитаризации многих стран в начале XX века. Во время Первой мировой войны и сразу после нее было основано несколько национальных организа- ций по стандартизации, в том числе в Голландии, в Германии, во Франции, Швейцарии и США. После окончания Первой мировой войны стандартизация все больше воспринималась как объективная экономическая необходимость, а развитие транснациональных кор- пораций способствовало появлению соответствующих международ- ных органов стандартизации. Еще до войны в 1906 г. в Лондоне на конференции с участием представителей 13 стран была утверждена Международная электротехническая комиссия (МЭК). Первым ее президентом был избран один из самых известных физиков лорд Кельвин. А в 1926 г. в Праге была создана Международная федера- ция национальных ассоциаций по стандартизации. Сразу после Вто- рой мировой войны в 1946 г. была создана Международная органи-
зация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO, ИСО). Одним из основателей организации и постоян- ным членом руководящих органов был СССР, представитель Гос- стандарта дважды избирался председателем организации. Россия стала членом ISO как правопреемник CCCР.
Термин «ГОСТ» появился в 1925 г., когда Постановлением СНК
СССР от 15.09.1925 было утверждено Положение о Комитете стан- дартов при Совете Труда и Обороны, согласно которому Комитет разрабатывает и утверждает обязательные и рекомендательные стан- дарты. В настоящее время полномочия по утверждению националь-
19
ных стандартов, учету национальных стандартов, правил стандарти- зации, норм и рекомендаций в этой области и обеспечению их дос- тупности заинтересованным лицам предоставлены Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии. Федераль- ное агентство по техническому регулированию и метрологии (Рос- техрегулирование) было образовано Указом Президента Российской Федерации от 20 мая 2004 г. № 649. Положение о Ростехрегулирова- нии утверждено постановлением Правительства Российской Федера- ции от 17 июня 2004 г. № 294. Ростехрегулирование организует про- ведение в установленном порядке испытаний средств измерений в целях утверждения их типа и утверждение типа средств измерений, осуществляет ведение государственного реестра утвержденных ти- пов средств измерений, ведение федерального информационного фонда технических регламентов и стандартов, единой информацион- ной системы по техническому регулированию.
В СССР ГОСТы имели обязательную силу в областях, определен- ных их преамбулой. В России Федеральный закон «О техническом регулировании» № 184-ФЗ разделяет понятия «стандарт» и «техни- ческий регламент». Данный Закон определяет стандарт как «доку- мент, в котором в целях добровольного многократного использова- ния устанавливаются характеристики продукции, правила осуществ- ления и характеристики процессов проектирования (включая изы- скания), производства, строительства, монтажа, наладки, эксплуата- ции, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения ра- бот или оказания услуг. Стандарт также может содержать правила и методы исследований (испытаний) и измерений, правила отбора об- разцов, требования к терминологии, символике, упаковке, маркиров- ке или этикеткам и правилам их нанесения». Технический регламент определяется как «документ, который принят международным дого- вором Российской Федерации, ратифицированным в порядке, уста- новленном законодательством Российской Федерации, или межпра- вительственным соглашением, заключенным в порядке, установлен- ном законодательством Российской Федерации, или федеральным законом, или указом Президента Российской Федерации, или поста- новлением Правительства Российской Федерации и устанавливает обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования (продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям или к связанным с требованиями к про- дукции процессам проектирования (включая изыскания), производ-
20