02_Учебное пособие по ПОИП_

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимскийгосударственныйавиационныйтехническийуниверситет

Кафедра Информационно-измерительной техники

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Учебное пособие

Уфа 2011

3

1 Введение. Программное обеспечение измерительных процессов и его место в информационной поддержке изделий (ИПИ) в течение жизненного цикла (в CALS-технологиях)

1.1 Этапы жизненного цикла промышленных изделий

Жизненный цикл промышленных изделий включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до утилизации по окончании срока его использования.

Основными этапами жизненного цикла промышленной продукции являются:

-проектирование;

-технологическая подготовка производства;

-производство изделия;

-реализация продукции;

-эксплуатация;

-утилизация.

Рисунок 1.1 – Структура ИПИ

Автоматизированные системы ИПИ/CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support) – технологий:

4

1 Расчеты и инженерный анализ САЕ (Computer Aided Engineering). 2 Проектирование изделия CAD (Computer Aided Design).

3 Проектирование технологических процессов составляет часть технологической подготовки производства САМ (Computer Aided Manufacturing).

4Управление проектными данными и проектированием (координа-

ция работы систем CAE/CAD/CAM) PDM (Product Data Management).

5Управление цепочками поставок (логистика) (SCM — Supply Chain Management или Component Supplier Management CSM).

6Планирование и управление предприятием ERP (Enterprise Resource Planning).

7Планирование производства и требований к материалам MRP (Manufacturing Requirement Planning).

8Производственная исполнительная система MES (Manufacturing Execution Systems).

9Управление взаимоотношениями с заказчиками CRM (Customer

Requirement Management).

10Маркетинг и обслуживание изделия S&SM (Sales and Service Management).

11Диспетчерское управление, сбор и обработка данных SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

12Программное управление технологическим оборудованием CNC (Computer Numerical Control).

13Электронный бизнес (E-Commerce) или управление данными в интегрированном информационном пространстве СРС (Collaborative Product Commerce) или PLM (Product Lifecycle Management).

1.2 Понятие о CALS-технологиях

CALS-технологиями - это комплексная компьютеризации сфер промышленного производства для унификации и стандартизации спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла.

Первоначально аббревиатура CALS расшифровывалась как

Computer Aided Logistics Systems. т. е. автоматизированная логи-

стическая поддержка. Под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами.

В настоящее время функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий. Поэтому

5

применяют более соответствующую предмету расшифровку аббре-

виатуры CALS - Continuous Acquisition and Lifecycle Support.

В русском языке понятию CALS соответствует ИПИ (инфор-

мационная поддержка изделий) или КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка изделий).

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS.

Значительно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п.

Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями.

Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить легкость распространения передовых проектных решений и возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках.

Построение открытых распределенных автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий.

Главная проблема их построения — обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных.

Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными для успешной работы над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные

CAE/CAD/CAM-системы.

Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация - адаптирована к разным производственным

6

условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

1.3 Основные термины и определения Программное обеспечение - совокупность программных

средств, управляющих работой ЭВМ и/или автоматизированной системы, а также документация, необходимая для эксплуатации этих средств. Различают общее и прикладное (специальное) программное обеспечение [4].

Общее программное обеспечение - это совокупность управ-

ляющих и обрабатывающих программ, предназначенных для планирования и организации вычислительного процесса, автоматизации программирования и отладки программ.

Применительно к отдельной ЭВМ в общее ПО входит операционная система (ОС), программы технического обслуживания и вспомогательные программы.

В автоматизированных системах общее ПО включает в себя наряду с операционной системой и ее вспомогательными средствами один или несколько взаимосвязанных функциональноориентированных пакетов прикладных программ, обеспечивающих как работу системы в целом, так и отдельных ее составных частей.

Прикладное (специальное) программное обеспечение предна-

значено для решения задач в определенной проблемной области. Измерительный процесс – это совокупность последовательных

преобразований (операций) над измерительными сигналами, обеспечивающая получение требуемой информации об измеряемых физических величинах.

Измерительный сигнал - результат взаимодействия элементов объективного мира, регистрируемый [5] качественным и/или количественным изменением этих элементов. С помощью сигналов передаются данные (информация).

Данные – формализованное представление сообщения о фактах, которые могут быть описаны понятным для вычислительного устройства способом, т.е. сигналами [5].

Информация - описание фактов, новые сведения, уменьшение неопределенности в результате сообщения, передача, основа связи и управления в живой природе и машинах [5, 6].

7

Вмеждународном стандарте ИСО 10012:2003 [3] процесс из-

мерения - совокупность операций по определению значения величины.

Вэтом стандарте термин "измерительный процесс" применяется к деятельности по физическим измерениям (то есть, при проектировании, испытаниях, производстве и проведении контроля).

На основе установленного в ISO 9000 принципа процессного подхода измерительные процессы следует рассматривать как специфические процессы, направленные на обеспечение качества продукции организации.

Рисунок 2 – Структура современных СУ и ИИС на основе SCADA

1.4 Измерительные процессы SCADA – систем Измерительные процессы базируются на измерительном обо-

рудовании, измерительных приборах, программном обеспечении, измерительных эталонах, эталонных материалах или вспомогательных средствах, или их сочетании, необходимых для процессов измерения.

Современные информационно-измерительные системы (ИИС) и автоматизированные системы управления технологическими процес-

8

сами (АСУ ТП) построены на основе SCADA – систем (Supervisory Control And Data Acquisition – Контролирующее Управление И Данных Приобретение (дословно)), к которым относятся InTouch, Trace Moud, iFix, LabView DSC и др. Структура таких систем может быть представлена в виде пирамиды (рисунок 1)

1.5 Модель измерительного процесса

Для получения оценок качества измерения и выработки требования к измерительной аппаратуре и программному обеспечению используют различные модели измерительного процесса, но базовыми являются две из них: детерминированная (классическая или каноническая) и стохастическая (вероятностная).

Каноническая модель измерительного процесса, понимаемого как эксперимент, условия которого строго определены и соблюдаются, строилась в метрологии при следующих ограничениях:

•измеряемая физическая величина сохраняет неизменным на протяжении всего цикла измерения свое истинное значение, которое можно охарактеризовать одним действительным значением, лежащем внутри интервала остаточной неопределенности (доверительного интервала);

•время измерения не ограничено и сравнение с мерой может выполняться принципиально как угодно долго и тщательно;

•внешние условия и влияющие на результат факторы точно определены.

Но так как практические задачи измерительной техники отличаются от идеализированного метрологического эксперимента сравнения с мерой, а качество измерения оценивается с использованием теоретико-вероятностного подхода, то изменяется и сама модель измерительного процесса.

Вероятностная модель измерительного процесса {или ин-

формационная модель) принята при следующих ограничениях:

•измеряемая физическая величина рассматривается как случайный процесс, содержащий интересующую нас информацию о состоянии исследуемого объекта. Для ее описания используют случайную последовательность действительных значений или же обобщенные характеристиками этой последовательности;

истинное (мгновенное) значение измеряемой величины может оставаться неопределенным на данном интервале процесса измерения;

9

•измерение в общем случае рассматривается как последовательность операций, время выполнения которых ограничено и конечно; непосредственное сравнение с мерой неосуществимо;

•характеристики измерительного устройства могут изменяться, во времени и под влиянием внешних факторов, переменных по своей природе (эти изменения тоже рассматриваются как случайные процессы, влияющие на конечную неопределенность результата измерений).

Указанные выше основные свойства классической модели являются частным случаем вероятностной модели. Необходимость введения вероятностной модели измерительного процесса вызвана прежде всего задачей оценки качества измерения изменяющихся но времени величин (динамические измерения), которая не нашла удовлетворительного решения в рамках классической метрологии.

2 SCADA-системы

9SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition

9DLSC - Data Logging and Supervisory Control

9PVSS - Prozeßvisualisierungsund Steuerungs-system

Рисунок 3 – Пятиуровневая структура SCADA

10