Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов и средств автоматизации производственных процессов формирования экологической информации 5
1.1 Анализ жизненного цикла изделия в производственных машиностроительных системах 5
1.2. Информационные технологии процесса формирования экологической информации 17
1.3. Программный продукт MS Visio как основа визуализации экологической информации 27
1.4. Постановка задачи 35
ГЛАВА 2. Разработка функциональных моделей автоматизации процесса формирования экологической информации 36
2.1. Принципы построения функциональной модели 36
2.2. Анализ экологических информационных потоков в функциональной модели промышленного предприятия в производственных машиностроительных системах 42
2.3. Визуальная интерпретация воздействия на окружающую среду и человека 53
ГЛАВА 3. Математическая модель для обеспечения формирования экологической информации 62
3.1. Адаптация программного продукта MS Visio к представлению экологической информации в производственных машиностроительных системах 62
3.2 Методика обеспечения сбора данных для моделирования распространения загрязнений 69
3.3. Математическое обеспечение визуализации экологической информации 77
ГЛАВА 4. Эксперементальное исследование системы автоматизации процесса формирования экологической информации 94
4.1. Описание стенда для экспериментальных исследований 94
4.2. Методика экспериментальных исследований 103
4.3. Анализ экспериментальных исследований 111
Общие выводы 118
Список использованной литературы 119
- Анализ жизненного цикла изделия в производственных машиностроительных системах
- Принципы построения функциональной модели
- Адаптация программного продукта MS Visio к представлению экологической информации в производственных машиностроительных системах
- Описание стенда для экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность работы обусловлена тем, что современные производственные машиностроительные системы характеризуются повышенными требованиями к показателям качества технологического процесса и одними из основных показателей качества являются показатели, определяющие воздействие технологического процесса на окружающую среду и человека. Требования к этим показателям существенно возрастают в связи с обязательным внедрением в машиностроении международной системы стандартов ISO - 9000 и ISO -14000.
В тоже время достижение требуемого качества невозможно без внедрения современных информационных технологий, которые позволяют не только оценивать те или иные показатели качества, но и прогнозировать его в реальных условиях действующего технологического процесса. Важнейший аспект проблемы составляют организационные процедуры, качество которых во многом связано с полнотой и надежностью обеспечивающих информационных процессов. Поэтому разработка информационной системы анализа экологических показателей качества производственных машиностроительных систем на базе современных информационных технологий, является актуальной задачей современного автоматизированного машиностроения.
Используемые сейчас в области экологической безопасности производства информационные системы отличаются упрощенностью подходов, средств и методов, применяемых при разработке и внедрения систем, и не оказывают необходимого влияния на формирование безопасных условий труда.
На основании вышеизложенного была сформулирована основная цель работы, которая заключается в обеспечение экологической информацией о характере и состоянии процессов в производственных машиностроительных системах на основе моделей визуальных представлений.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
проанализировать существующие методы представления экологической информации в производственных машиностроительных системах;
разработать метод получения в машиностроительных системах сведений об экологическом состоянии процессов производственной среды;
разработать математическую модель интерпретации и отображения экологической информации в визуальном представлении;
выбрать и адаптировать программное обеспечение для построения систем отображения экологической информации в производственных машиностроительных системах.
Анализ жизненного цикла изделия в производственных машиностроительных системах
Оценка жизненного цикла определяется, как объективный процесс оценки нагрузки на окружающую среду, связанной с определенным процессом, продуктом, родом деятельности или системой массового обслуживания, в результате которого идентифицируются и подсчитываются энергия и материалы, которые потребляются либо выбрасываются в окружающую среду, а также исследуются возможности оздоровления экологической обстановки. Данная оценка охватывает полный жизненный цикл процесса, продукта, рода деятельности или системы массового обслуживания, включая добычу и переработку сырья, промышленное производство продукции, транспортировку и продажу, использование (в том числе повторное), обслуживание, утилизацию и окончательное уничтожение.
Необходимый новый подход к защите окружающей среды и человека в области производства, предназначенный для формирования единого взгляда на продукты и услуги, должен быть связан с развитием общего, систематического и структурного подхода, который позволит принимать соответствующие решения и расставлять приоритеты. Подобный подход должен обладать гибкостью и возможностью расширения, чтобы охватить различные ситуации, требующие принятия решения, а также новые явления, связанные с прогрессом науки и техники. Тем не менее, он должен основываться на определенных основных принципах и положениях, таких как: — идентификация проблем, — определение корректирующих мер, — анализ затрат и результатов, — конечная оценка. Идентификация проблем должна высветить различные типы экологических проблем и их причины. С учетом различного фонового уровня эти выводы могут быть многомерными. Существует тесная связь между условиями труда и окружающей средой. Следовательно, стремление защитить окружающую среду должно включать два аспекта: 1. минимизацию нагрузки на окружающую среду в результате всех видов человеческой деятельности 2. и обеспечение здоровья работников путем внедрения хорошо организованных и безопасных условий труда. Обзор потенциальных корректирующих мер должен включать в себя все доступные практически альтернативные варианты минимизации выброса вредных веществ и использования не возобновляемых природных ресурсов. По возможности должны быть описаны предлагаемые технические решения с точки зрения их ценности по уменьшению использования природных ресурсов и снижению загрязнения, а также с учетом их стоимости.
Анализ затрат и результатов ставит перед собой цель создания приоритетного списка, в котором различные подходы к корректирующим мерам сравниваются на основе предполагаемых технических характеристик и требований к продуктам, экономической целесообразности и экологической эффективности.
Стадия оценки должна рассматриваться как неотъемлемая часть процедуры расстановки приоритетов, позволяющей обеспечить окончательное заключение относительно эффективности предлагаемых корректирующих мер. Непрерывный процесс оценки предпринятых или предписанных мер позволяет обеспечить дополнительную обратную связь для оптимизации общей модели приоритетных стратегий защиты окружающей среды и принятия решения. По мере того, как становится все более очевидным, что экологические приоритеты могут стать в будущем важной частью планирования при разработке новых процессов и продуктов, стратегическое значение подобной модели в промышленности, вероятно, будет возрастать.
Поскольку оценка жизненного цикла является инструментом для идентификации связанных с тем или иным процессом выбросов в окружающую среду, а также воздействия на нее производственных процессов, продуктов и деятельности человека, эта теория, скорее всего, будет служить для промышленности основным средством в поиске практичных и удобных в работе моделей, позволяющих принимать приемлемые с экологической точки зрения решения.
Основные цели проведения LCA состоят [14,15,16,17] в том, чтобы представить возможно более полную картину влияния той или иной деятельности на окружающую среду, и способствовать пониманию всеобщего и взаимозависимого характера последствий деятельности человека, а также снабдить принимающих решения лиц информацией о возможностях оздоровления окружающей среды.
Принципы построения функциональной модели
Рассматривая создание единого информационного пространства (ЕИП) в производственных машиностроительных системах нельзя не отметить, что исследования разнообразных производственных процессов, составляющих ЖЦ изделия, обусловливает потребность в специальных средствах их описания и анализа. Такие средства были первоначально разработаны в США, где уже в конце 70-х годов была предложена и реализована программа интегрированной компьютеризации производства ICAM (ICAM - Integrated Computer Aided Manufacturing), направленная на увеличение эффективности промышленных предприятий за счет применения компьютерных (информационных) технологий.[6,35]
Реализация программы ICAM потребовала создания адекватных методов анализа и проектирования производственных процессов и способов обмена информацией между специалистами, занимающимися такими проблемами. Для удовлетворения этой потребности разработана методология моделирования IDEF (Icam DEFinition), позволяющая исследовать структуру, параметры и характеристики процессов в разнообразных производственно-технических и организационно-экономических системах. Общая методология IDEF состоит из частных методологий, основанных на графическом представлении систем.
На рисунке 2.1.1. приведен фрагмент типовой функциональной модели промышленного предприятия. Рисунок показывает диаграмму верхнего уровня, где вся деятельность предприятия изображается единственным блоком, к левой стороне которого присоединены стрелки, изображающие входы, смысл которых ясен из текста поясняющих меток. Выходы - стрелки, исходящие из правой стороны блока, изображают результаты функционирования предприятия. Стрелки, присоединенные сверху, показывают управляющие воздействия, которым подчиняется предприятие, а стрелки снизу - «механизмы», с помощью которых предприятие осуществляет свою деятельность.
Информация о Преимущества описания производственных процессов в форме функциональных моделей состоят в следующем: модель является своеобразной «программой управления» персоналом, поскольку определяет, кто, при каких условиях и с использованием каких ресурсов выполняет те или иные функции; модель определяет материальные потоки и документооборот (т.е. содержит необходимую информацию для системы управления документооборотом), а также позволяет установить регламенты обмена результатами различных процессов; модель служит методической основой для настройки прикладных программных систем; модель является удобным средством анализа организации и структуры процессов, пригодным для поиска путей совершенствования организации и управления.
Очевидно, что в данной функциональной модели типового машиностроительного предприятия отсутствует поток экологической информации. Экологическая информация охватывает широкий круг субъектов и может принимать соответственно огромное количество форм. Она может быть классифицирована в зависимости от того, содержит ли она статистические данные, описательные сведения, справочную информацию или количественные или качественные данные. Она может быть представлена в виде статистической таблицы, представляющей собой набор количественных данных, касающихся количества промышленных выбросов и количества несчастных случаев, или списка данных по безопасности производства. Рисунок показывает взаимосвязь основных процессов, образующих ЖЦ продукта, но в основном блоке добавляется функция - обеспечение безопасности производства, так как информация о безопасности должны быть составной частью информации, необходимой для производства и вместо вопроса "как что-либо произвести" необходимо задавать вопрос "как произвести это что-либо безопасно". Также диаграмма дополняется двумя специфическими блоками: — блок, содержащий информацию из нормативных актов, регламентирующих безопасность производства; — блок экологической информации, на основе которой предприятие осуществляет свою экологическую политику. В реальной практике используется большой набор методов, языков и моделей представления информации, что вызывает потребность в разработке унифицированной технологии представления данных. Технологии представления данных - набор методов для представления в электронном виде данных об изделии, относящихся к отдельным процессам ЖЦ (автоматизация отдельных процессов ЖЦ) Технологии работы с данными о производственной среде предприятия Кроме данных, относящихся (прямо или косвенно) к изделиям и бизнес-процессам, в ЕИП должна содержаться информация о среде, в которой протекают процессы ЖЦ изделия, т.е. о производственной (в широком смысле - см. табл.2.1.1.) среде предприятия: о производственной и управленческой структуре, о технологическом и вспомогательном оборудовании, о персонале, финансах и т.д. Полная номенклатура этих данных хорошо известна специалистам, создающим и эксплуатирующим АСУП. С позиций методического единства можно считать, что в рамках концепции CALS - ИЛИ эти данные должны быть организованы.
Адаптация программного продукта MS Visio к представлению экологической информации в производственных машиностроительных системах
Прибор В&Е-метр-АТ002 предназначен для измерения среднеквадратичной величины синусоидального электромагнитного поля -электрической и магнитной составляющих - в диапазонах частот от 5 Гц до 2 кГц и от 2 кГц до 400 кГц. Прибор применяется при проведении комплексного санитарно-гигиенического обследования помещений и рабочих мест. Пределы измерения напряженности электрического поля: — в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц: 5-125 В/м — в диапазоне частот от 2 кГц до 400 кГц: 0,5-12,5 В/м. Пределы измерения плотности магнитного потока: — в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц: 0,05-1,25 мкТл — в диапазоне частот от 2 кГц до 400 кГц: 5-125 нТл. Основная относительная погрешность измерений: — - во внутренних точках частотных поддиапазонов: 10 % — - на границах частотных поддиапазонах: 25 %. Время установления рабочего режима - 1 мин. Принцип действия прибора параметров электрического и магнитного полей состоит в преобразовании колебаний электрического и магнитного полей в колебания электрического напряжения, частотной фильтрации и усиления этих колебаний с последующим их детектированием. Продетектированный сигнал поступает на аналогово-цифровой преобразователь, результирующие числовые значения величин зарегистрированных колебаний электрического и магнитного полей анализируются встроенным в измеритель микропроцессором, результат измерений индицируется на матричном жидкокристаллическом индикаторе. Регистрация электрического и магнитного полей проводится одновременно во всей частотной полосе измерения. Зарегистрированный сигнал после предварительного усиления разделяется активными частотными фильтрами и в дальнейшем усиливается в независимых каналах регистрации. Прибор, таким образом, объединяет в одной конструкции четыре отдельных измерителя электромагнитного поля и микропроцессорный блок обработки и анализа результатов измерений. Функциональная схема измерителя приведена на рис. 4.1.3. Составными частями измерителя являются: — датчики электрического и магнитного полей дипольного типа. Оси чувствительности датчиков направлены поперек продольной оси прибора в плоскости лицевой панели; — предварительные усилители каналов регистрации электрического и магнитного полей, которые представляют собой широкополосные операционные усилители с цепями коррекции частотной характеристики; — полосовые усилители высоко- и низкочастотных каналов регистрации электрического и магнитного полей, представляющие собой активные КС - фильтры с регулируемыми коэффициентами усиления (последние используется при калибровке приборов); — окончательное формирование частотных характеристик каждого из сквозных каналов регистрации осуществляется цепями частотно-зависимой обратной связи операционных усилителей, использующихся для детектирования сигналов; — в качестве аналогово-цифрового преобразователя используется 8-ми входной мультиплексированный АЦП микроконтроллера семейства MCS-51. Он включает в себя 256-элементную последовательно-параллельную резистивную матрицу, компаратор, конденсатор выработки и хранения, регистр последовательного приближения, триггер управления, регистр результатов сравнения и 8 регистров результатов аналогово-цифрового преобразования; — в качестве центрального процессора измерителя используется высоко интегрированный 8-битовый микроконтроллер, основанный на архитектуре MCS-51. В измерителе этот процессор используется для установления режима измерений поля. По выбору пользователя может быть установлен режим непрерывного измерения поля и режим измерения полного вектора, включающий измерения трех компонент поля и последующее вычисление абсолютной величины вектора поля; — пользовательский интерфейс обеспечивается в режиме «Меню» блоком управления микроконтроллером.
Описание стенда для экспериментальных исследований
Результаты показаний средств измерений были обработаны и организованы с помощью MS Visio в единую систему. Разработанная система, кроме широко распространенных атрибутов, также включает дополнительные параметры, важные для определения экологического состояния помещений и оборудования организации.
Конечный пользователь этой системы может получить актуальную для себя информацию о напряженности электрического поля, создаваемого видеодисплейным терминалом персонального компьютера. Система представляет собой графическое отображение объекта распространения загрязнений, а также их атрибуты, содержание которых зависит от конкретных условий и требований. Кроме того, существует возможность получить данные как по одному объекту, так и по нескольким, объединяя их в группы. При необходимости, пользователь может сделать отчеты по интересующим его объектам. Использование экоинформационной системы позволяет решать следующие задачи: — подготовка интегрированной информации об экологическом состоянии, что может стать рекомендацией по выбору вариантов безопасного развития объектов подразделения; — имитация экологических нагрузок и возможные последствия принимаемых управленческих решений; — оценка рисков для существующих и проектируемых объектов подразделения, с целью управления безопасностью техногенных воздействий; — осуществлять экологический мониторинг подразделения. Экоинформационная система предназначена для сбора, хранения, обновления и анализа информации, включая данных об источниках и характеристиках загрязнений, состоянии и возможных изменениях производственной среды. Система позволяет графически отображать пространственное распределение зон экологических загрязнений с определенными пороговыми значениями и т.п., возможно подключение внешних баз данных (инвентарных номеров техники, заболеваемости сотрудников, энергопотребления и т.д.). Система предназначается для лиц, принимающих решения по организации рабочих мест, профсоюзов и сотрудников (работников, служащих), может быть также открыта для использования заинтересованными общественными организациями и населением в целях контроля эффективности принимаемых решений в сфере экологической безопасности. Целевая структура системы содержит подсистему отображения ЭМИ ПЭВМ, определяющих воздействие последних на среду и человека, и предусматривает подключение подсистем отображения других различных факторов воздействия. Разработанная система позволяет определить следующие параметры, характеризующие распространение загрязнений окружающей среды. Во-первых, - это расстояние от точечного источника, характеризующее данное значение загрязнения. Это представление, кроме наглядности изображения распространения реальных загрязнений, позволяет решать задачи, имеющие важное значение при автоматизации процесса формирования экологической информации в производственных машиностроительных системах, а именно обеспечить возможность заполнения базы данных по данному загрязнению для каждого источника, для чего необходимо ввести в программу численное значение экологического параметра. При этом программа выдаст соответствующее этому значению минимальное расстояние от источника.
Похожие диссертации на Автоматизация процесса формирования экологической информации в производственных машиностроительных системах
