4.3. Специальная часть

Работа над специальной частью требует от дипломника практического при­менения знаний по специальным дисциплинам для решения конкретных задач в об­ласти системотехники.

Задачей автоматизации производства и управления является не столько автома­тизация отдельных производственных операций, сколько комплексная автоматиза­ция всего цикла «исследование - производство». Сквозная автоматизация цикла «исследование - производство» включает в себя иерархию различных автоматизи­рованных систем: АСНИ, выполняющую научно-исследовательские работы по со­зданию изделий новых моделей, технологий; САПР, широко используемую на эта­пах конструкторской и технологической подготовки производства; АСУТП; АСУП корпоративного уровня, управляющую работой всех перечисленных систем, всего производства.

Дипломные проекты студентов специальности АСОИУ связаны, как правило, с разработкой функциональной или обеспечивающей части перечисленных выше ав­томатизированных систем. Весь возможный перечень тем дипломных проектов для специальности 2202, дающей квалификацию инженера - системотехника, составить практически невозможно, поэтому в методических указаниях приводится только примерный перечень тем и вопросов, подлежащих разработке.

4.3.1. Проектирование подсистем и задач асоиу

По данной проблеме темы дипломных проектов связаны чаще всего с разра­боткой функциональных подсистем и задач АСОИУ, информационного обеспече­ния, технического обеспечения и т. д.

Основное внимание при разработке данной темы необходимо уделить построе­нию и анализу совокупности задач (подзадач), решаемых в подсистеме, а также раз­работке алгоритмов решения задач и их программной реализации.

Задача представляет собой основную структурную единицу функциональной части АСОИУ. Выделение задачи позволяет вести автономное проектирование и внедрять некоторые из задач параллельно с проектированием других. При этом должны учитываться информационные взаимосвязи между различными задачами.

— 18 —

Результатом проектирования любой задачи является один из разделов технического проекта "Описание постановки задачи" и соответствующий раздел рабочего проек­та "Программы решения задачи".

В специальной части дипломного проекта необходимо проработать следующие вопросы:

1.Входная информация.

Здесь дается описание процедур подготовки исходной информации, включая перечень подразделении исполнителей, описание регламента и технологических операций подготовки данных.

Приводятся наименования и формы документов, условные обозначения, прави­ла заполнения, сроки годности и хранения документов. Кроме того, необходимо дать количественные характеристики входного потока информации.

2.Выходная информация.

Приводится описание условных обозначений, форм получаемых документов, процедур получения и использования этих форм. Дается перечень подразделений и описание производственно-хозяйственных ситуаций, в которых используется полу­ченная форма. Кроме того, необходимо отразить количественные характеристики объема информации и сроки получения информации.

3.Внешние информационные связи.

Содержат перечень и описание внешних входных (нормативно-справочных и оперативных) и выходных (информация, хранимая для связи с другими задачами) массивов с указанием наименований и идентификатора массива, наименование за­дачи, образующей или использующей массив, средства его создания и обслужива­ния.

4.Внутренние информационные связи.

Содержат описание массивов, которые формируются и используются только в этой задаче.

5.Используемые средства пакета прикладных программ (ППП).

Содержат описание компонент задачи, реализуемых средствами ППП, с указа­нием документации ППП, где производится подробное описание математических

— 19 —

методов, алгоритмов и документации, определяющей параметры настройки ППП (параметры генерации, набор макроопределений, схемы описаний), а также пере­чень и описание алгоритмов блоков пользователя.

6.Выбор программных средств.

Производится обоснование выбора программных средств, исходя из процеду­ры обработки информации, характеристик используемой вычислительной техники.

7.Алгоритм решения задачи.

Содержит описание компонент задачи, реализуемых средствами оригинального программирования и средствами ППП. Дается описание алгоритма обработки дан­ных, приводятся расчетные формулы и соотношения для контроля вычислений и требования к точности вычислений.

Рекомендуется разработку алгоритма решения задачи производить в две ста­дии. На первой стадии разрабатывается информационная схема решения задачи, где показываются источники и приемники информации задачи, потоки документиро­ванной информации, пользователем процедуры по преобразованию входной и вы­ходной информации, блоки преобразования данных периферийными устройствами; блоки преобразования информации с помощью компьютера

Вторая стадия заключается в уточнении информационной схемы и разработке алгоритма задачи. Для наглядного представления последовательности решения за­дачи могут быть использованы технологии CASE.

На этапе рабочего проектирования разрабатывается программа решения зада­чи, которая оформляется в соответствии с единой системой программной докумен­тации (ЕСПД) или соответствующих ГОСТов.

В дипломных проектах следует рассмотреть вопросы обеспечения надежности информации и программ.

8.Контрольный пример.

Выполняется для проверки правильности разработанного алгоритма решения задачи, отладки программ. Приводятся исходные данные и конечные результаты расчетов по задаче. Правильность алгоритма и работы программ оценивается совпа­дением итоговых данных контрольного примера и результатов вычислений.

— 20 —

9.Выбор комплекса технических средств (КТС).

Дается обоснование выбора КТС (без подробного расчета), исходя из организа­ции сбора, передачи и подготовки информации на машинных носителях, обработки информации, методов получения выходных документов.

4.3.1.1. Разработка информационного обеспечения АСОИУ

В специальной части дипломного проекта по данной теме, как правило, рассматриваются возможные пути совершенствования документооборота на пред­приятии: решается задача создания информационной базы АСОИУ (баз и банков данных) и оптимизация ее построения, прорабатываются рекомендации по внедре­нию информационной базы АСОИУ, программного обеспечения и т. д.

Отдельно выделяются вопросы контроля входной и выходной информации, обеспечения защиты и достоверности информации. Кратко излагаются вопросы тех­нического обеспечения задач сбора и переработки информации.

Детально излагаются следующие вопросы:

1. Анализ существующего информационного обеспечения. В данном вопросе дается анализ существующей системы классификации и кодирования технико-эко­ номической информации. Анализируются существующие методы организации, хра­ нения, накопления и доступа к информационным массивам. При этом выявляется наличие и объем нормативных и справочных данных, периодичность и объем по­ ступления оперативной информации.

2. Совершенствование информационной базы. На основании проведенного ана­ лиза делаются выводы о возможных путях совершенствования информационного обеспечения. Более рациональное информационное обеспечение может быть по­ строено за счет создания методов организации информационных массивов, в большей степени соответствующих характеру решаемых задач, структуре предприя­ тия, технологии использования, а также за счет четкого разделения массивов на по­ стоянные, вспомогательные, текущие, промежуточные и служебные.

Особое внимание следует уделить мероприятиям по совершенствованию и упо­рядочению системы классификации и кодирования. Решается вопрос о возможно­сти создания базы или банка данных, об использовании уже существующих баз,

— 21 —

банков данных. Построение и использование специальных информационных языков - один из путей более компактной формы записи информации и обеспечения воз­можности обмена информацией между взаимодействующими АСОИУ.

Каждому мероприятию по усовершенствованию информационной базы необ­ходимо дать технико-экономическое обоснование.

3. Построение и оптимизация информационной базы АСОИУ. Необходимо рассмотреть вопросы организации обновления, добавления и сортировки информа­ ционных массивов.

Как правило, прорабатываются процедуры сбора и подготовки первичных дан­ных, а также формы входных и выходных документов, задачи устранения избы­точности и дублирования информации, сокращения числа форм промежуточных до­кументов.

4. Обеспечение достоверности и сохранности информации. В данном вопросе излагаются методы повышения достоверности обработки информации, системные, программные, аппаратные. Мероприятия по обеспечению сохранности информаци­ онных массивов.

4.3.1.2. Разработка технического обеспечения АСОИУ

1. Обоснование требований и выбор комплекса технических средств. Цель по­строения КТС - обеспечить техническими средствами экономичное, надежное и своевременное выполнение следующих функций:

• сбор данных на местах;

• технологии ввода данных на рабочих местах по базе сетевых решений;

• обработка информации;

• вывод результатов обработки данных на дисплей, в каналы связи или средства отображения;

• размножение документации и предоставление потребителям информации.

Схему технологического процесса рекомендуется строить отдельно для объек­тов-источников информации, отдельно для вычислительного центра, а также проме­жуточных пунктов сбора и ретрансляции, если таковые предусмотрены.

— 22 —

При предъявлении требований к составу КТС, выбору оборудования, расчету количества однотипного оборудования и расчету его загрузки необходимо прове­рить возможность выполнения всех процедур, предусмотренных технологическим процессом.

При прочих равных возможностях удовлетворения требований к КТС, предпо­чтение должно быть отдано варианту с минимальной стоимостью обработки дан­ных с помощью выбранного КТС. Величина стоимости определяется по приведен­ным затратам, т. е. с учетом стоимости как самого комплекса средств, так и затрат на его эксплуатацию.

Системные ограничения обычно оговаривают допустимые затраты времени на весь цикл - от момента начала подготовки на местах данных для передачи до задан­ного момента представления информации пользователям, а иногда и на некоторые группы операций внутри цикла. В рамках этих ограничений интервалы времени, выделяемого на выполнение одних операций, могут варьироваться в зависимости от времени, выделяемого на выполнение других операций. Поэтому процесс определе­ния типа и количества технических средств обычно носит итеративный характер.

В процессе анализа времени, затрачиваемого равными устройствами на выпол­нение их функций, и в процессе рассмотрения вариантов выявляются «узкие» места нехватки времени (или дороговизны) по отдельным группам устройств. В этом слу­чае следует либо выбирать устройства с большим быстродействием, либо увеличи­вать количество выбранных ранее устройств. Можно также снять критичность поло­жения по недостатку времени, выделяемого на работу данной группой устройств, увеличивая производительность смежной группы и тем самым, уменьшая время вы­полнения данной функции.

При первоначальном распределении общего выделенного времени на выполне­ние необходимых функций рекомендуется исключить из общего баланса те интер­валы времени, которые определяются внешней средой или жестко задаются какими-то другими условиями (например, регламентированные сроки приема-передачи дан­ных от внешних или вышестоящих организаций, от систем контроля технологиче­ских процессов и т. п.).

— 23 —

2. Разработка вопросов надежности сложных технических систем. Целью ука­занной темы дипломного проекта является разработка методов повышенной надеж­ности сложных технических систем на этапах их проектирования, изготовления или эксплуатации. Решение задач надежности необходимо рассматривать в рамках под­систем АСОИУ нормирования, обеспечения или контрольных расчетов надежности автоматизированной системы управления проектированием, изготовлением, или эксплуатацией сложных технических систем.

Проблема повышения надежности включает методы, которые можно разделить на три группы:

• схемно-конструкторские (этап проектирования);

• производственные (этап изготовления);

• эксплуатационные (этап эксплуатации).

Схемно-конструкторские методы повышения надежности используются инже­нерами-разработчиками в стадии проектирования технических систем. Произ­водственными считаются методы, определяющие пути повышения надежности в процессе производства и компоновки сложных систем. Эксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности за счет организации технического обслужи­вания и ремонта систем на научной основе.

Наиболее актуальными задачами надежности сложных технических систем яв­ляются :

• выбор и обоснование показателей эффективности и надежности для сложных тех­ нических систем различного класса, исследование связи между показателями эф­ фективности и надежности;

• разработка систем автоматизированного проектирования (САПР) сложных си­ стем различного класса, исходя из требований обеспечения заданной надежности;

• автоматизация процесса проведения испытаний на надежность, совершенствова­ ние испытательного оборудования;

• разработка методов и алгоритмов определения оптимальных уровней надежности и ремонтопригодности систем; и элементов при нормировании показателей на­ дежности;

— 24 —

• разработка систем контроля работоспособности технических систем и методов диагностики отказов;

• автоматизация непрерывного статистического наблюдения за фактической на­ дежностью элементов сложных систол; в состоянии эксплуатации с целью прове­ дения мероприятий по повышению их эксплуатационной надежности;

• разработка эффективных методов автоматизированного прогнозирования отказов элементов сложных технических систем;

• решение задачи оптимального технического обслуживания систем адаптивными методами, позволяющими совмещать сбор данных об эксплуатационной надеж­ ности систем с управлением их обслуживанием;

• исследование вопроса влияния структурного построения сложной системы из од­ ной определенной комбинации элементов на надежность всей системы (структур­ ная надежность) и разработка методов количественной оценки показателей на­ дежности систем на основании информации о надежности отдельных элементов;

• исследование надежности систем производственного процесса с целью определе­ ния минимальной надежности АСОИУ, необходимой для автоматизированного управления производственным процессом;

• исследование надежности комплексных систем «производственный процесс- АСОИУ» для определения оптимальных значений показателей надежности таких систем и их составных элементов; решение задачи оптимального резервирования элементов сложных технических систем с целью ликвидации «узких» мест с недостаточной надежностью рассматриваемых элементов для обеспечения требу­ емой надежности.

С позиций методов теории надежности проводится также и расчет комплекса технических средств (КТС) АСОИУ. Например, могут решаться следующие задачи:

• выбор рациональной структуры КТС;

• расчет состава и количества вычислительного оборудования;

• расчет количества терминального оборудования и линий передачи данных и др.

3) Вопросы взаимодействия оператора с техническими средствами переработки информации (съем и обработка информации датчиками, контроллерами Fieldbus).

— 25-Основные направления дипломных проектов:

• разработка вопросов взаимодействия оператора с техническими устройствами в системах «человек - машина»;

• разработка методов и технических средств оценки функционального состояния и рабочих параметров оператора.

В основной части дипломного проекта должны быть отражены вопросы функ­ционирования технических элементов разрабатываемой системы, анализ деятельно­сти оператора в системе, разработаны алгоритмы и программы оценки эффективно­сти решения задач управления, алгоритмы и программы расчета основных парамет­ров, определяющих состояние оператора в системе «человек - машина».

Дипломный проект может быть также посвящен разработке технических средств съема и обработки текущей информации о состоянии оператора в процессе выполнения рабочих операций.

4.3.2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами ГАСУТГП

Разработка подсистем и задача АСУ ТП должна исходить из того, что данная система управления - это сложная иерархическая человеко-машинная система. Ха­рактер задачи может быть самым различным: это и задачи оптимизации, управления и контроля производственных процессов, задачи выбора структуры и состава техни­ческих средств, задачи выбора метода средств сбора и обработки данных для контроля параметров технологических процессов и т.п.

При решении задач оптимизации необходимо отразить следующие вопросы:

• Постановка задачи. В данном вопросе необходимо выбрать вид математической модели технологического процесса. Модель может быть как статической, так и динамической. Важно правильно определить критерии качества управления.

• Выбор метода решения поставленной задачи.

• Разработка алгоритма решения задачи. Здесь приводится описание входной, про­ межуточной и выходной информации. Если необходимо, приводится описание расчетных формул и выполняемых вычислений. Основное внимание следует уде-

— 26 —

лить блок-схеме алгоритма и ее описаниям. Необходимо также привести распе­чатку программы на одном из алгоритмических языков.

• Контрольный пример.

• Сделать выводы о решении поставленной задачи по результатам решения контрольного примера. Здесь решается реальный контрольный пример примени­ тельно к исследуемому технологическому процессу. Исходные данные для контрольного примера должны быть получены на производстве.

• Выработка рекомендаций по внедрению результатов дипломного проектирования в промышленность.

Особо следует отметить микропроцессорные системы управления. В задачах такого класса следует проработать следующие вопросы:

1. Выбор критерия управления. Здесь следует иметь в виду, что использование ми­ кропроцессорной техники в АСУТП позволяет одновременно учитывать физиче­ ские параметры и критерии технико-экономической эффективности. Это дает возможность реализации качественного управления технологическим процессом.

2. Построение математической модели процесса. Математическая модель строится не для всего технологического процесса, а для отдельных его составляющих. Это облегчает разработку программ для мини- компьютеров, с помощью которых вы­ рабатываются управляющие воздействия (в задачах управления) или определяют­ ся и анализируются специфичные причины нестандартного функционирования (в задачах контроля).

3. Выбор способа управления процессом. Выбор способа управления связан, в частности, с проблемами надежности и стоимости. Стоимость систем с централь­ ным управлением обычно при большом числе управляемых объектов ниже стои­ мости децентрализованных систем. Такая закономерность, впрочем, с развитием технологии производства микропроцессоров, приведшей к созданию высокоэф­ фективных однокристальных микропроцессоров, проявляется все в меньшей сте­ пени.

Кроме того, системы на базе центральных управляющих микроЭВМ являются технологически менее надежными. Они нуждаются в дорогостоящих, помехоустой-

— 27 —

чивых линиях связи. Поэтому принцип распределенного управления в микропро­цессорных системах постепенно становится превалирующим и реализация АСУТП в концепции Fieldbus является перспективной.

Эффективность микропроцессорной системы также может быть достигнута за счет рационального распределения функций управления между аппаратными и про­граммными средствами, особая роль отводится системам с перестраиваемой струк­турой, предоставляющей хорошие возможности для реализации различных алгорит­мов определения с использованием программируемых структур. Использование в процессе программно-алгоритмической обработки АСУ ТП комплексов автоматиза­ции проектирования класса SCAD А- систем является также желательным.

1. Построение алгоритма управления (контроля).При разработке алгоритма управле­ ния (контроля) необходимо учитывать существующий алгоритм управления (контроля), выбранный критерий качества, особенности технологического про­ цесса, выбранный способ управления и т. п. Необходимо построить блок-схему процесса управления (контроля) и дать ее описание. При разработке алгоритма важно иметь в виду, что управление должно осуществляться в реальном масштабе времени.

2. Программное обеспечение. Количество программных модулей определяется со­ держанием и количеством реализуемых функций системы управления. В диплом­ ном проекте программы разрабатываются по указанию руководителя дипломного проекта. Решение задачи построения технического обеспечения АСУ ТП также должно основываться на современной тенденции- широком применении персо­ нальных компьютеров и микроконтроллеров. Решение задачи, как правило, сле­ дует начинать с расчета необходимого количества различного оборудования и выбора его конкретного вида. После произведенных расчетов выбирается способ компоновки технических средств. Все расчеты и выбор компоновки должны ис­ ходить из заданной схемы технологического процесса.

— 28 —