В.Л. Конюх Компьютерная автоматизация машиностроительного производства

10

Методические указания

Сопоставьте традиционную диспетчеризацию и систему SCADA. Выясните, откуда вводится информация в систему SCADA и за счет чего обеспечивается эффективность применения SCADA. Обратите особое внимание на новые возможности систем SCADA. Обдумайте особенности человеко-машинного интерфейса в системе SCADA. Изучите порядок создания отображения процесса с помощью системы SCADA. Выделите общие и индивидуальные возможности типовых комплексов SCADA. Сопоставьте способы создания системы SCADA для предприятия.

Контрольные вопросы

1.Чем система SCADA отличается от системы традиционной диспетчеризации?

2.Из каких компонентов состоит система SCADA?

3.Для каких производств применение системы SCADA наиболее эффективно?

4.Что обеспечивает система SCADA?

5.Почему по мере развития автоматизации растет роль человекомашинного интерфейса?

6.Как создают графическое отображение процесса с помощью

MMI?

7.Каковы особенности распространенных программных комплек-

сов SCADA?

8.Сопоставьте способы создания системы SCADA на предпри-

ятии.

9.Как система SCADA распознает предаварийные ситуации?

10.Как оценить составляющие себестоимости в системе SCADA?

11.Что дает стандарт OPC?

12.Какие формы технической поддержки применяют при эксплуатации SCADA?

13.Из каких составляющих складывается стоимость системы SCADA для предприятия?

11

2.5. Промышленные шины

Роль промышленной шины. Структура информационной сети предприятия. Протокол обмена информацией. Семь уровней протокола. Стандарты присоединения объектов к шине RS-232, RS-485, IEC 61158- 2. Манчестерский код. Структура шины. Стандарты промышленных шин. Локальные сети и области их применения.

Литература: [2, c. 136-155; 5, c. 33-39; 6].

Методические указания

Сопоставьте характеристики элементов промышленной шины с движением автомобилей по магистрали. Выделите уровни каналов обмена информацией в компьютерно-интегрированном производстве.

Изучите порядок обмена информацией по промышленной сети. Сопоставьте структуры соединения абонентов в промышленных шинах.

Сопоставьте задачи уровней протокола промышленной шины и их связь с видами промышленных шин. Подумайте, почему для повышения надежности передачи информации выбран Манчестерский код. Сопоставьте стандартные промышленные шины, выделив самые распространенные (FELDBUS, INTERBUS). Как защищают информацию в телеграмме, передаваемой по промышленной шине? Найдите отличия CANсетей от промышленных шин.

Контрольные вопросы

1.Представьте промышленную шину в виде дорожной сети.

2.Опишите задачи уровней обмена информацией в компьютерноинтегрированном производстве.

3.Что такое протокол обмена информацией?

4.Чем отличаются структуры промышленных шин?

5.Какая линия связи используется в промышленных шинах?

6.Какие способы связи абонентов применяют в промышленных шинах?

7.Опишите порядок обмена информацией между инициатором связи и адресатом.

8.Что обеспечивает каждый из семи уровней протокола промышленной шины?

12

9. Почему в промышленных шинах применяют Манчестерский

код?

10.Что такое телеграмма промышленной шины и из каких частей она состоит?

11.Где применяют локальные сети?

12.Чем отличается организация обмена информацией в CAN-cети от обмена информацией в промышленной сети?

2.6.Современные технологии автоматизации

Фаззи-регулирование. Представление точных данных функциями принадлежности. Операции с функциями принадлежности. Фаззификация и дефаззификация. Фаззи-контроллер.

Нейронные сети и их отличия от традиционного регулирования. Перцептрон Розенблатта и его структура. Распознавание с помо-

щью искусственного нейрона. Многослойная нейронная сеть. Мультиагентное управление. Понятие агента. Функциональный и

физический агенты. Свойства агента. Области применения мультиагентных систем.

Этапы изучения системы с помощью имитационного моделирования. Метод статистических испытаний. Специализированные языки имитации и анимации. Проблемно-ориентированный имитатор. Приложения имитации и анимации на производстве. Гибкость, открытость и прозрачность компьютерно автоматизированного производства. Традиционная и групповая технологии производства. Связь локальной автоматики с сетью Интернет.

Литература: [2, c. 157180; 6].

Методические указания

Подумайте, для каких объектов фаззи-регулирование эффективнее, чем традиционное регулирование. Какую роль играет функция принадлежности в фаззи-регулировании? Изучите задачи фаззификации и дефаззификации переменных.

Сопоставьте традиционное и нейронное управление объектами. Разделите процессы обучения и распознавания при нейронном

управлении. Какую роль в перцептроне Розенблатта играют усилители?

13

Для чего суммируют произведения входов на коэффициенты усиления в нейроне? Зачем нейроны объединяют в многослойную сеть?

Выделите отличия мультиагентного управления от централизованного.

Приведите примеры мультиагентного управления в природе. Как свойства агента увязаны с задачами системы агентов?

Сопоставьте аналитические и имитационные модели. Уясните идею имитационного моделирования систем. Выделите этапы имитационного моделирования. Сопоставьте методы имитационного моделирования путем статистических испытаний, применения специализированных языков и проблемно-ориентированных имитаторов. Определите задачи компьютерной анимации процессов и их связь с имитационным моделированием.

Уясните, почему компьютерная автоматизация придает производству свойства гибкости, прозрачности и открытости. Что дают эти свойства современному производству? Сопоставьте положительные и отрицательные последствия подключения локальной автоматики к сети Интернет.

Контрольные вопросы

1.Что показывает функция принадлежности?

2.Что получается в результате объединения, пересечения и дополнения функций принадлежности?

3.Что такое терм и лингвистическая переменная? Приведите при-

меры.

4.Чем фаззи-регулирование отличается от традиционного регулирования?

5.Для чего применяют фаззификацию и дефаззификацию?

6.Как работает фаззи-контроллер?

7.Чем нейронное регулирование отличается от традиционного?

8.Как перцептрон Розенблатта распознает образы?

9.Как функционирует искусственный нейрон?

10.Зачем нейроны объединяют в сеть?

11.Как организуется обучение нейронной сети с учителем и без учителя?

12.Как нейронная сеть работает в системе автоматического регулирования?

14

13.Чем мультиагентное управление отличается от обычного?

14.Что такое агент и мультиагентная система? Какими свойствами они обладают?

15.Для чего используется агент-координатор?

16.Чем имитационное моделирование отличается от аналитического? Какие этапы оно включает?

17.Опишите три способа имитационного моделирования.

18.Как осуществить анимацию объекта моделирования?

19.Опишите структуры имитации и анимации объектов управле-

ния.

20.Как обеспечивается гибкость автоматизированного производ-

ства?

21.Чем групповая технология производства отличается от традиционной?

22.Для чего нужна открытость автоматизированного производст-

ва?

23.Что такое прозрачность производства и как она достигается?

24.Зачем в программируемые контроллеры стали встраивать WEB-серверы?

2.7.Примеры компьютерной автоматизации

Проблемы внедрения. Гибкие производственные системы. Структуры автоматизированных производств. Прямые и косвенные источники эффективности автоматизации. Живой и овеществленный труд. Уровень технологического совершенства процесса. Критерий роста производительности общественного труда. Оценка целесообразности автоматизации производства.

Литература: [2, c. 182212; 5, c. 57-68].

Методические указания

Запомните основные принципы современной автоматизации. Выявите отличия между системным и несистемным подходами к автоматизации производства. Сопоставьте стратегии автоматизации предприятий. Сформулируйте задачи системной интеграции производства. Сравните одноставочную, двуставочную и многоставочную схемы расчетов за энергию. Определите источники эффективности при автомати-

15

зированном учете расхода энергии. Оцените новые возможности автоматизированного учета энергии.

Проследите последовательность обмена информацией в гибком автоматизированном производстве. Рассмотрите примеры реализации гибкого производства на практике.

Проанализируйте примеры компьютерной автоматизации производства в металлургии, пищевой промышленности и других отраслях.

Выявите различия между затратами живого и овеществленного труда. Оцените факторы оценки технологического совершенства процесса.

Как уровни технологического совершенства связаны с целесообразностью автоматизации?

Контрольные вопросы

1.Где автоматизация производства необходима?

2.Чем системный подход отличается от несистемного?

3.В чем выражается эмерджентность системы?

4.Каковы задачи системной интеграции?

5.Сопоставьте три схемы расчетов предприятия за энергию.

6.Чем коммерческий учет энергии отличается от технического?

7.В чем состоит эффективность компьютерного учета энергии?

8.Чем концепция производства САПР/ АСТПП/ ГПС отличается от концепции САПР +АСТПП + ГПС?

9.Опишите последовательность обмена информацией между подсистемами гибкого производства.

10.Опишите автоматическое управление рудотермической печью. Как здесь реализована система SCADA?

11.В чем заключаются функции уровней автоматизированного управления производством спирта?

12.Что и как обеспечивает система автоматической диагностики электродвигателей?

13.Как распределены мотивы перехода к автоматизированному производству?

14.По каким причинам компьютерная автоматизация может не дать ожидаемого эффекта?

15.Перечислите прямые и косвенные источники эффективности автоматизации.

16

16.Приведите примеры замены живого труда овеществленным в процессе развития производительных сил.

17.При каком соотношении изменений живого и овеществленного труда автоматизация целесообразна?

18.Как оценить уровень технологического совершенства производства?

19.Как оценить целесообразность автоматизации производства?

20.Как определить границы целесообразности автоматизации производства?

2.8.Практические занятия, их наименование, содержание

иобъем в часах

Интерпретация уровней автоматизации в компьютерноинтегрированном производстве: на примере выбранного им производства студент описывает задачи, которые могли бы выполняться на уровнях I/O, PLC, SCADA, MES, MRP - 2 часа

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1.Цель работы

Оценка целесообразности автоматизации производства по изменению затрат живого и овеществленного труда.

3.2.Содержание контрольной работы

Всуществующей технологии производства занято m0 = 10 рабочих со среднечасовой оплатой труда Z0= 6 долларов при числе рабочих смен

всутки d0= 2. Капитальные затраты К0= 200 тыс. долларов при сроке эксплуатации оборудования N0= 10 лет. Текущие затраты на материалы и энергию Э0= 10 долларов в час. Годовая производительность Q0 = 20 тыс. изделий.

Рассматривается 20 вариантов автоматизации производства. Варианты приведены в таблице.

17

Варианты автоматизации производства

Для каждого варианта (по порядку студентов в журнале группы) решите следующие задачи.

Рассчитайте годовой фонд работы оборудования, полагая, что число рабочих дней в году300, на простои оборудования по организационным и субъективным причинам приходится 15 % рабочего времени.

Рассчитайте уровни технологического совершенства существующей технологии и технологии по заданному варианту.

Оцените коэффициент роста производительности общественного труда и по его величине сделайте вывод о целесообразности или нецелесообразности автоматизации производства.

18

Вслучае нецелесообразности автоматизации докажите, какие исходные показатели и как нужно изменить, чтобы автоматизация стала целесообразна.

Вслучае целесообразности автоматизации определите ее граничные условия:

•минимальную производительность производства

•лимит капитальных вложений на автоматизацию производства

•минимальную часовую оплату труда

•минимальное число рабочих, занятых на производстве

•минимальный срок эксплуатации оборудования

•оптимальный срок эксплуатации оборудования.

3.3. Методические указания

Перед выполнением контрольной работы ознакомьтесь с методом оценки целесообразности модернизации процесса путем сопоставления затрат живого и овеществленного труда [1]. Особенно важно на примерах понять, в чем проявляется живой и овеществленный труд, и как должно измениться соотношение живого и овеществленного труда после модернизации производства. Установите связь замены живого труда овеществленным с развитием средств производства. Проанализируйте, какие факторы эффективности автоматизации больше всего влияют на ее целесообразность. Разберите три варианта относительных изменений живого и овеществленного труда после модернизации. Путем обсуждения вариантов автоматизации в группе найдите, какой вариант из всех предпочтителен и почему. Из-за чего ваш вариант оказался нецелесообразным или целесообразным?

При каком условии отыскиваются границы целесообразности автоматизации производства? Представьте технологическое объяснение отыскания границ целесообразности автоматизации.

Объясните, почему по мере роста срока эксплуатации рост технологического совершенства замедляется. Каков его предел?

От чего зависит оптимальный срок эксплуатации оборудования?

3.4. Оформление контрольной работы

Отчет о выполнении контрольной работы должен содержать:

• название и цель работы,

19

• ваше понимание метода оценки целесообразности автоматиза-

ции,

•исходные данные для существующего производства и вашего варианта автоматизации,

•расчет годового фонда рабочего времени для существующего и автоматизированного производств,

•расчеты и график изменения уровней технологического совершенства существующего и автоматизированного производств по мере увеличения срока эксплуатации,

•расчет коэффициента роста производительности общественного

труда,

•оценку минимального срока эксплуатации автоматизированного производства,

•расчет границ целесообразности автоматизации для вашего варианта,

•выводы об условиях целесообразности или нецелесообразности автоматизации производства.

4.ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

1.Дискретные и непрерывные объекты автоматизации.

2.Пять уровней автоматизации производства и их задачи.

3.Модель объекта и модель управления.

4.Методы идентификации объектов управления.

5.Три типа технологической среды. Cвязь методов управления с типами среды.

6.Формализация алгоритма логического управления объектом на языке автоматных таблиц.

7.Этапы развития автоматизации и устройств управления. Аппаратное и программное устройства управления.

8.Три способа регулирования непрерывных процессов.

9.Фуззи-регулирование.

10.Нейронные сети.

11.Мультиагентное управление.

12.Классификация и характеристики датчиков в системах автоматизации. Формы выходного сигнала.

13.Линии и каналы связи с устройством управления.

14.Обработка сигналов связи объекта управления с микроЭВМ.