АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

AUTOMATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND PRODUCTION

Клокотов И.Ю., Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Klokotov I.Yu., Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Аннотация: В данной статье рассматривается модель автоматизированного управления строительным производством, позволяющая получать оптимальные структуры по критерию надежности.

Summary: This article discusses the model of automated management of construction production, which allows to obtain the optimal structure according to the criterion of reliability.

Ключевые слова: автоматизация, процесс, строительство, надежность.

Keywords: automation, process, construction, reliability

По мере того, как предприятия вступают в эпоху совместного производства, согласованного с помощью Internet, все более актуальным становится вопрос о создании сети интеллектуальных устройств и датчиков для сбора и распространения данных, сгенерированных при управлении производством на нижних уровнях подсистем.

Эта организация производства следующего поколения позволит создать полный цикл от «рабочего» уровня производства до корпоративного уровня приложений управления цепочками поставок (SCM — supply chain management) и жизненным циклом изделий (PLM — product life cycle management), зависящих от данных, получаемых на производстве.

Управляющие производственные системы, оснащенные программным обеспечением следующего поколения, служат своего рода посредником, распределяющим операции по обработке информации. Различные технологические компоненты систем индустриальной автоматизации будут объединены в пакетах автоматизации производства следующего поколения.

Серьезным стимулом к такой интеграции являются ставшие стандартными для отрасли интерфейсы программного обеспечения промежуточного слоя, такие как COM/DCOM/OPC, которые могут применяться на системах на базе ПК. Развитие методов автоматизации производства в будущем приведет к созданию единой среды, объединяющей открытые архитектуры на базе персональных компьютеров, встроенные системы, Webслужбы, программируемые контроллеры, коммуникационные средства — наподобие Industrial Ethernet и компонентные программные технологии. И основой такой среды будет служить бизнес-модель, предполагающая отказ от использования неинтероперабельного программного и аппаратурного обеспечения.

Постановка задачи Любой достаточно сложный объект автоматизации следует представлять совокупностью иерархических технологических подсистем, объединенных алгоритмом, так что по структуре соответствующая система управления оказывается адекватной объекту управления. Ключевой проблемой в этом случае становится организация взаимодействий между подсистемами [2,3].

Разбиение по функциональным узлам связано со структурированием общей сложной технологии на менее сложные задачи нижних уровней, где каждое устройство в составе технологического узла сравнительно автономно, а взаимодействия осуществляются централизованно через подсистемы верхних уровней или по горизонтальным функционально-логическим связям. С усложнением системы становится существенным вопрос обеспечения функциональной надежности без дублирования подсистем.

Традиционные меры повышения надежности, ориентированные на усовершенствование аппаратных средств (дублирование, усложнение алгоритмов, модернизация аппаратных средств), часто оказываются недостаточно эффективными для иерархических систем, в связи с принципом — быстродействие и надежность регламентируется самым слабым звеном.

Основы обеспечения надежности, диктуемые самой сущностью задач автоматизации таких объектов, состоят в следующем:

1) единичные отказы в системе не должны приводить к нарушению главных технологических функций;

2) алгоритмы управления и прикладные программы должны иметь модульную структуру, построенную по стандартам открытых систем;

3) предпочтительно гетеиерархическое взаимодействие уровней подсистем;

4) требуется предусмотреть возможности автономного структурного восстановления нарушенных функций. Вышедшая из строя подсистема должна восстанавливаться (заменяться, дублироваться или передавать свои функции) без ущерба для остальной части системы. Алгоритм управления должен «отработать» сбой и распределить функции вышедшей из строя подсистемы на измененную структуру.

Таким образом, увеличение производительности не всегда возможно путем изменения аппаратной части реализации алгоритма. Дополнительных затрат требует также модернизация аппаратной структуры. Характерной особенностью автоматизации технологических линий современного производства является последовательность выполнения операций, составляющих рабочий процесс, и ступенчатый характер переходов между ними.

Многорежимный характер работы машин вызывает необходимость построения регуляторов, которые реализовывали бы алгоритмы, изменяющиеся в зависимости от режима управления. Многорежимную систему можно рассматривать как логическое устройство с конечным числом дискретных состояний — режимов, в каждом из которых к процессу управления предъявляются вполне определенные требования.

Переключение режимов осуществляется сигналами управления по текущей информации о состоянии контролируемого объекта или технологического процесса. Таким образом, каждому состоянию соответствует свой определенный регулятор (логический или аппаратный), каждый из которых реализует свой локальный алгоритм [1].

Структура и параметры локального регулятора выбираются в соответствии с требованиями, в целом предъявляемыми к системе в текущем режиме. Структура регулятора (рис. 1) состоит из блока макровычислений по определению принадлежности к множеству и блока точных вычислений целевой функции [4]. На рис. 2 показана номограмма вычислений (принятия решений) при достижении целевой функции во времени, из которой видно разбиение времени вычислений по двум функциональным блокам: блоку макровычислений и блоку точного вычисления параметров целевой функции.

Таким образом, процесс управления разбивается на потоки, разделённые по точности и степени важности.

Применение нечеткой логики (fuzzy logic) и ее математического аппарата позволяет при наличии экспертных знаний о протекании процесса сокращать количество вычислений (рис. 2), разбивая их на два потока точных и нечетких оценок.

В результате такой организации структуры достигается повышение производительности системы, ее устойчивость и управляемость, что проблематично при выборе системы, построенной только на одном из блоков вычислений.

Таким образом, многорежимная система может быть представлена алгоритмами  независимых регуляторов и процедурами изменения структуры. Порядок изменения в общем случае определяется ходом выполнения алгоритма и условиями протекания технологического процесса (рис. 2).

С другой стороны, применение микропроцессорных систем позволяет реализовывать системы управления с переменной иерархической структурой. Это связано с простотой программной реализации алгоритмов и возможностью использования в качестве локальных регуляторов различных ветвей общей программы или контроллеров (рис. 3).

Изменения вносятся в логическую структуру, оставаясь по аппаратной реализации одноранговой системой (рис. 3), данные и команды в которой передаются по двум параллельным шинам. В процессе выполнения технологических операций управления осуществляется иерархический принцип согласно алгоритмам структурирующих процедур макрорегуляторов.

Применение систем автоматики в управлении с использованием распределенных алгоритмов потребовало разработки принципов обеспечения надежности. В этой связи уместен принцип, сформулированный фон Нейманом: «При построении сложных вычислительных машин не следует бороться с ненадежными компонентами путем увеличения их надежности. Нужно добиться их организации, при которой надежность всего компьютера будет больше, чем надежность его отдельных частей» [3].  Этот принцип справедлив и к любым сложным вычислительным процессам.

Существует несколько причин, по которым многокомпонентные конфигурации регуляторов превосходят любые другие возможные конфигурации. Наиболее ценным является то обстоятельство, что в свете существующей тенденции интеграции различных информационных систем и компьютерных технологий идея избыточности регуляторов (информационных систем) становится привлекательной для расчета систем автоматического регулирования на всех уровнях.

Если вместо этого используется единственный регулятор (принцип управления, алгоритм), то дублирование происходит на уровне компонент, и в процессе функционирования нельзя исключить сбойные компоненты системы.

Таким образом, важной задачей при автоматизации управления строительным производством остается рациональный выбор конфигурации структуры. Повышение эффективности автоматизации за счет алгоритмически изменяемой архитектуры в зависимости от складывающейся технологической ситуации становится все более актуальным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баркалов С.А., Нгуен Ван Жанг, Нгуен Тхань Жанг. Алгоритм расчета временных параметров графа и прогнозирование срока завершения моделируемого процесса // Системы управления и информационные технологии. №3.1(53). 2017. — C. — 116-119.
2. Белоусов В.Е. Алгоритм для оперативного определения состояний объектов в многоуровневых технических системах [Текст]/ Белоусов В.Е., Кончаков С.А.// Экономика и менеджмент систем управления. № 3.2 (17). 2015. — C. 227-232.
3. Белоусов В.Е. Алгоритм для анализа вариантов решений в многокритериальных задачах [Текст]/ Аксененко П.Ю., Белоусов В.Е., Кончаков С.А.// Системы управления и информационные технологии. №4(62), 2015. – С. 31-33.
4. Белоусов В.Е., Лютова К.Г., Нгуен Вьет Туан. Модели квалиметрической оценки состояний сложных технических систем [Электронный]// «Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование». Матер. Международная молодежная научнопрактическая конференция. Курск (17-18 ноября 2015г): Издательство Юго-Западного государственного университета,Т.1, 2015. — C. 342-346.

LIST OF REFERENCES

1. Barkalov S. A., Nguyen Van Giang, Nguyen Thanh Giang. The algorithm of calculation of time parameters of the graph and forecasting the completion date of the process being modeled // control Systems and information technology. №3.1(53). 2017. — C. — 116 to 119.
2. Belousov V. E. Algorithm for operational determination of object States in multilevel technical systems [Text]/ Belousov V. E., Konchakov S. A.// Economics and management of control systems. No. 3.2 (17). 2015. — C. 227-232.
3. Belousov V. E. Algorithm for analysis of solutions in multi-criteria problems [Text]/ Aksenenko P. Yu., Belousov V. E., Konchakov S. A.// Control systems and information technologies. №4(62), 2015. – P. 31-33.
4. Belousov E. V., Lyutova K. G., Nguyen Viet Tuan. Models of qualimetric assessment of States of complex technical systems [Electronic]// «product Quality: control, management, improvement, planning». Matera. International youth scientific and practical conference. Kursk (17-18 November 2015): publishing House of Southwest state University,Vol. 1, 2015. — C. 342-346.