5. Автоматизированные системы управления производством, технологическими процессами, интегрированные асу, асу научными исследованиями, системы автоматизированного проектирования.

5.1. АСОИУ.

В основу разработки и построения АСОИУ положены принципы системного подхода, новых задач, первого руководителя, непрерывного развития и совершенствование системы. Теоретические основы построения АСОИУ характеризуется системным анализом как объекты, так и управляющей части. При анализе протекающих внутри АСОИУ информационных и управляющих процессов систему можно рассматривать как некоторую совокупность ее основных составных частей. Говоря об АСОИУ нужно отдавать себе, отчет в том, какой предметной области она принадлежит и в какой мере адекватна собранная в ней информация об объекте управления и процессах, протекающих в нем. Накапливаемая АСОИУ информация представляет собой модель некоторой области реального мира (у нас речь идет о мясо-молочной отрасли АПК). Именно, особенности предметной области и, особенно, объектов управления (предприятий мясной и молочной промышленности) накладывают основные требования и формируют теоретические основы построения АСОИУ этими предприятиями.

Адекватность (или неадекватность) моделей АСОИУ зависит от состояния отображаемой предметной области реального мира, и требований, представляемых потребителями информации к ее качеству (своевременности и достоверности).

Построение АСОИУ основывается на необходимости полного и своевременного отображения системой требуемой области реального мира в виде следующей последовательности этапов:

• информационное обеспечение системы (упорядочение потоков информации, кодирование, набор информационных языков, БД, СУБД);

• математическое обеспечение (математические модели, математические методы решения задач, алгоритмы решения задач);

• программное обеспечение (общесистемное, системы программирования, пакеты прикладных программ, уникальные программы), реализующие на ЭВМ математическое обеспечение;

• комплекс технологических средств АСОИУ (выбор типа структуры КТС АСОИУ, ее построение, внедрение, эксплуатация), чаще всего, построение технологии ЛВС.

Автоматизированная система обработки информации и управления на предприятиях мясо-молочной отрасли АПК – это совокупность средств вычислительной техники, математических методов, коллективов работников, объединенных с целью автоматизированного управления тем или иным экономическим объектом. Речь идет об автоматизированном управлении организационно-экономическими процессами, характеризующими все стороны производственно-хозяйственными деятельности объекта. В АСОИУ большинство операций и действий автоматизированы (т.е. переданы для выполнения ВТ, ЭВМ), но главное решение здесь всегда остается за человеком. Укрупненная блок-схема АСОИУ представлена на рисунке 5.1.

Информация от цехов и служб непосредственно поступает на рабочие станции ЛВС, оттуда в файл-серверы сети и далее в виде выработанных управленческих решений службам управления, воздействующим на объект управления.

Структура и функции АСОИУ. Любая АСОИУ состоит из следующих взаимосвязанных основных частей: функциональных подсистем, управляющего органа (служб управления), объекта управления, обеспечивающих подсистем.

В качестве примера приводится АСОИУ крупным молочным комбинатом (г. Москвы).

1. Функциональные подсистемы и задачи (основная часть АСОИУ) – это те функции производственно-хозяйственной деятельности объекта управления, которые автоматизированы, т.е. выполняются при помощи компьютеров и других средств вычислительной техники системы. В случае крупного молочного комбината – это следующие подсистемы:

1. «Маркетинг»;

2. «Сбыт»;

3. «Оперативное управление основным производством»;

4. «Сырье»;

5. «Технико-экономическое планирование»;

6. «Бухгалтерский учет»;

7. «Материально-техническое снабжение»;

8. «Контроль и управление качеством продукции»;

9. «Управление вспомогательным производством»;

10. «Кадры».

Все десять функциональных подсистем, более 120 задач.

2). Управляющий орган, службы управления комбинатом, которые пользуются результатами решенных задач АСОИУ для принятия управленческих решений. Это – отделы и службы заводоуправления, руководство предприятием: генеральный директор и его заместители, начальники функциональных отделов, ведущие специалисты комбината. Отделы маркетинга, сбыта, сырья, плановый отдел, бухгалтерия, отдел материально-технического снабжения, отдел кадров, технический отдел и др.

3). Объект управления – городской молочный комбинат, которым управляют службы и отделы комбината на основании получаемых ими результатов решения задач АСОИУ по функциональным подсистемам. Объект управления – молочный комбинат, рассматривается в своей работе в тесной взаимосвязи с такими звеньями как «сырьевая база», «транспорт», «торговля (рынок)». Поэтому, когда говорят объект управления АСОИУ молочного комбината города, то имеют в виду сложную многозвенную, взаимосвязанную управленческую систему: «сырьевая база – транспорт – производство – торговля».

4). Обеспечивающие подсистемы АСОИУ – это подсистемы, обеспечивающие нормальное функционирование объекта управления в условиях АСОИУ, своевременное и достоверное решение задач функциональных подсистем и выдачу требуемых управленческих решений персоналу управления. В состав обеспечивающих подсистем входят:

• информационное обеспечение АСОИУ;

• математическое обеспечение АСОИУ;

• программное обеспечение АСОИУ;

• технические средства АСОИУ, КТС;

• организационное обеспечение АСОИУ;

• экономическое обеспечение АСОИУ.

Перечисленные подсистемы взаимосвязаны между собой, являются основным инструментарием системы, при помощи которого осуществляют автоматизацию указанных управленческих функций на предприятии. На рис. 5.2. представлена функциональная структура АСОИУ крупным городским молочным комбинатом (г. Москвы). Информация об объеме управления, поступающая непосредственно из цехов, служб и лабораторий предприятий комбината по каналам связи в закодированном виде поступает на обработку (в комплекс технических средств системы). Выдаваемые в результате решения задач АСОИУ результаты используются персоналом управления для принятия решений по управлению комбинатом и связанными с ним звеньями. Отличительная черта АСОИУ ГМК – ее непрерывная, круглосуточная работа по сбору, накоплению, передачи, обработке и выдаче информации пользователем (представителям управленческого персонала объекта), которые на основе полученной с АСОИУ информации управляют объектом, контролируют и анализируют его функционирование.

5.2. АСУТП (Автоматизированные системы управления технологическими процессами).

Научно-технический процесс приводит к значительному увеличению объемов производства продукции, расширению ассортимента, повышению качества (например, Лианозовский молочный комбинат выпускает 1000 тонн молочной продукции в смену). Усложняются технологические процессы выпуска готовой продукции, увеличивается скорость выполнения технологических операций, увеличивается мощность технологического оборудования ("Пюр-Пах" – 12 тыс. упаковок в час). Это означает увеличение скорости производств, увеличение выпуска продуктов в единицу времени. Если скорость управления «ТП» при этом не увеличивается, то это приводит к снижению качества управления, ибо управление не успевает за производством. Научно-технический прогресс позволяет в настоящее время решать эту проблему, т.е. значительно повышать качество управления быстропротекающими технологическими процессами за счет применения в контуре управления быстродействующих средств современной вычислительной техники, математических методов, программирования.

В упрощенном виде управления «ТП» заключается в следующем:

• сбор данных о ходе технологических процессов;

• обработка этих данных на ЭВМ;

• выдача управляющей информации с целью управления «ТП».

Этот цикл управления протекает либо периодически, либо постоянно в реальном масштабе времени и реализуется при помощи АСУ ТП. Укрупненная функциональная схема АСУ ТП представлена на рис. 5.3.

Изменения в прохождении «ТП» фиксируются датчиками Д постоянного тока; ПИ₁ преобразует сигналы постоянного тока, характеризующие состояние ТП, в дискретные сигналы (см. рис. 5.3.). Дискретные сигналы о состоянии «ТП» поступают в управляющую ЭВМ автоматизированной системы управления «ТП», а также на индикационный пульт АСУТП. В УЭВМ происходит сравнение данных, поступивших с ПИ₁ о состоянии ТП с заданной программой управления (П). В результате вырабатываются команды дискретного типа, стабилизирующие прохождение ТП. Эти сигналы преобразуются в аналоговые при помощи ПИ₂ и поступают на исполнительные механизмы (ИМ), которые и осуществляют управление технологическими процессами. В зависимости от времени (t), количества информации (А) о состоянии технологических процессов, собираемой по каналам обратной связи (датчики, ИП₁, УЭВМ) и количества управляющей информации (В), передаваемый по каналам прямой связи (УЭВМ, ИП₂, ИМ), возникают циклы управления с различными длительностями t₁, t₂, t₃ и т.д. см. рис. 5.3.

В АСУТП качество управления зависит от трех факторов:

1. выбора эффективной управляющей команды;

2. своевременности выдачи этой команды;

3. возможности реализации этой команды.

Сложность управления технологическими процессами зависит от суммарных потоков информации, сложности их обработки, использования результатов. Это влияет на выбор числа и типа датчиков [Д], исполнительных механизмов ИМ, модулей сопряжения ИП₁; ИП₂, вычислительной управляющей машины УЭВМ, алгоритмов, программ, объема ОЗУ, мощности входа/выхода УЭВМ. В настоящее время АСУТП широко и успешно внедрены на ГМЗ г. Москвы.

3. Интегрированная автоматизированная система управления (ИАСУ).

Если автоматизированная система управления сочетает в себе характеристики АСОИУ и АСУТП, то такая система называется интегрированной автоматизированной системой управления. Она наиболее полно и всесторонне обеспечивает автоматизированное управление предприятием, т.к. сначала выбираются оптимальные управленческие решения по заданному критерию (например, «максимум прибыли»), а затем эти решения реализуются технологическими линиями, технологическими алгоритмами производственных цехов предприятия, выпускающих готовую продукцию. ИАСУ охватывает автоматизированным управлением несколько уровней производства: технологические агрегаты, цеха, заводы, комбинаты, как это представлено на рис. 5.4.

3. Автоматизированная система научных исследований (АСНИ).

Когда появились ЭВМ, они предназначались, прежде всего, для автоматизации расчетов, решения вычислительных задач. Расчеты и вычисления – обязательный элемент научных исследований, когда требуется на основании проводимого эксперимента построить гипотенузу о закономерностях, проявляющихся в нем.

Каждая гипотеза, прежде чем ее можно сформулировать, требует проведения большой вычислительной работы по обработке собранных данных. Например, наблюдение за погодой на территории Земли и расчет прогноза погоды по температуре, влажности, давлению в определенных районах.

Поиск закономерностей – одна из основных процедур любых научных исследований.

Поэтому применение компьютеров для этих целей с самого начала развития теории автоматизированных систем и ВТ быстро нашло применение в различных областях науки. Кроме того, компьютеры быстро вошли в практику решения всевозможных уравнений для научных исследований. В математике, механике, физике, кристаллографии, где расчеты приходится производить часто, специалисты сразу оценили преимущества машинной обработки информации при решении задач. И очень скоро стали решать также задачи, сложность которых не позволили решать их без ЭВМ. Способность компьютеров воспринимать и обрабатывать большие объемы входной информации, тексты различной природы, оперировать с символами и знаниями, способность отображать на экране дисплея обзорную информацию и умение работать с ней расширили в настоящее время применение методов информации в различных научных исследованиях.

Интеллектуализация компьютеров привела к возникновению специальных автоматизированных систем для научных исследований, обладающих многими возможностями, (АСНИ).

На рисунке 5.5. представлена типовая структура АСНИ. Блок связи с внешними объектами в такой системе обеспечивает согласование входа базы данных с информационными сообщениями, поступающими от соответствующих приборов, с выхода экспериментальной установки, из каналов прямо передающей . Если, например, АСНИ используют для изучения процессов, протекающих в верхних слоях атмосферы, то на блок связи с внешними объектами поступают данные от приборов, установленных на воздушных , ракетах, спутниках и космических станциях, радио . АСНИ, выделенная на рис. 5.5. пунктиром, включает в себя 6 блоков.

В базе данных хранится вся информация, поступающая от внешней среды, и информация, введенная туда заранее с целью обеспечения работы системы.

Три основных блока: имитатор, расчетный блок, экспертная система – они выполняют все основные процедуры, в которых возникает необходимость при проведении научных исследований. Расчетный блок может выполнять любую программу из пакета прикладных программ, в котором находятся все научные программы расчетов, используемых специалистом-исследователем определенного профиля (определенной предметной области: физика, химия, автоматика, механика и т.д.). Вызов той или иной программы производится по требованию либо имитатора, либо экспертной системы, либо исследователя. Имитатор осуществляет имитационное моделирование, т.е. воспроизведение процессов, протекающих во внешней среде, на основе знаний, которые хранятся в АСНИ об этой предметной области. Моделирование особенно эффективно, когда процесс, изучаемый исследователем, носит динамический характер, и исследователя интересуют изменения характеристик изучаемого процесса во времени. Экспертная система позволяет реализовать моделирование рассуждений специалистов различных предметных областей и обращаться к базе знаний о данной предметной области. С помощью экспертной системы исследователь может изучать логику протекания процессов, диагностировать их течение, классифицировать наблюдаемые явления.

Три основных блока работой во взаимодействии: с помощью имитационного моделирования определяют значение коэффициентов уравнений, решаемых расчетным блоком, а результаты решения этих уравнений служат исходными данными, по которым экспертная система классифицирует создавшуюся ситуацию и выдает рекомендации исследователю. С помощью клавиатуры управления исследователь воздействует на объект изучения и управляет процессами, реализуемыми АСНИ. В настоящее время АСНИ получили широкое применение

• в молекулярной химии;

• минералогии;

• биотехнологии;

• биохимии;

• физике;

• математике;

• химической физике и т.д.

Фундаментальные научные исследования сегодня немыслимы без применения АСНИ.

3. Системы автоматизированного проектирования, (САПР).

Система автоматизированного проектирования (САПР) решает проблемы конструирования, расчета, построение сложных систем, в том числе, средств вычислительной техники, комплексов технических средств АСУ и АСУТП и др. На рисунке 5.6. приведена типовая схема САПР. Сравнивая ее со структурой АСНИ, можно увидеть много общего. Прежде всего это касается трех основных блоков: имитатора, расчетного блока и экспертной системы. В САПР они выполняют функции такого же характера, что и в АСНИ. Вместо блока внешней среды в САПР имеется блок формирования заданий.

Проектировщик вводит в блок техническое задание на проектирование, в котором указаны цели, которые нельзя нарушать. База данных содержи всю информацию, необходимую для проектирования, а так же опыт разработки аналогичных систем, который был накоплен в данной предметной области.

Блок подготовки технической документации позволяет проектировщику готовить нужные документы по созданию новых сложных систем и изделий.

САПРы – важная сфера приложения идей информатики во всех проектных и конструкторских организациях.

Интеллектуальные САПР (ИСАПР) используются проектировщиками тогда, когда отсутствуют проработанные методики проектирования, когда разрабатывается совсем новая система или изделие, требующее значительных затрат творческого труда.

ИСАПР имеет в своем составе базу знаний, в которой хранятся все необходимые для ее работы знания о предметной области, в которой решается задача проектирования. В базе знаний собраны знания и опыт, накопленный проектировщиками, и экспертная информация о возможных путях поискового конструирования, опирающаяся на методы моделирования рассуждения, типичных для специалистов, работающих в данной области. Общая схема ИСАПР представлена на рис. 5.7.

Взаимодействия с базой знаний и САПР, экспертная система ищет решение задачи. В современных ИСАПР интегрируются различные процедуры, задачи, этапы проектирования, обеспечивающий общий цикл автоматизированного проектирования, начиная от этапа подготовки технического задания и его разработки до выпуска технического и рабочего проектов. ИСАПР помогает интенсифицировать творческую активность разработчиков, повышая качество и производительность их труда. Это, в свою очередь, повышает качество проектируемых объектов, т.к. увеличивается число просматриваемых вариантов и глубина проработки каждого из них. Сокращаются сроки проектирования.

ИСАПР – дорогостоящая и весьма сложная система, но без ИСАПР в настоящее время невозможно создать сложнейшие системы, как АСОИУ, АСУТП, такие сложные технические изделия, как современные самолеты, подводные лодки, атомные электростанции, космические корабли.