Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап научно-технического прогресса в сферах производства и управления характеризуется внедрением новых информационных технологий, определяющих повышение интеграции всех типов автоматизированного оборудования: автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами(АСУП), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных испытательных комплексов контроля и диагностики (АИККиД), а также автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности (АСПВБ) высокорисковых и потенциально опасных объектов. Растущая функциональная сложность в этой сфере порождает необходимость передачи и обработки больших информационных потоков, одновременного получения с помощью' измерительных преобразователей оперативных и достоверных данных о нескольких параметрах продукта, выдачи сигналов аварийной ситуации (пожарной сигнализации), дистанционного контроля показателей агрессивной среды, повышения точности измерения конкретной величины за счет компенсации погрешностей от воздействия других влияющих величин. Кроме того, развитие производств повышает потребность в информации о целом ряде технологических параметров, отдельные из которых, характеризующие пожаровзрывоопасность производства, служат не только и не столько для своевременного обнаружения пожаровзрывоопасной ситуации (ЛВС), сколько для ее профилактики и предотвращения.
Проблема удовлетворения потребностей производств в приборно-технических средствах информационного обеспечения АСУ диктует необходимость разработки и проектирования новых, унифицированных методов получения, хранения и переработки данных с более широкими функциональными возможностями, в наибольшей степени удовлетворяющих комплексу разноаспектных требований, в том числе доминирующему - построению АСУТП и АСПВБ производства на единых программно-технических средствах, определяющих достижимую эффективность информационного и технического обеспечений автоматизированной системы.
Поставленные задачи относятся к области многопараметрических методов измерения, конструктивная реализация которых представлена многофункциональными измерительными преобразователями (МИП)- новым, формирующимся классом измерительных преобразователей (Непредназначенных для восприятия и одновременно-
го формирования сигналов о нескольких входных величинах, действие которых сконцентрировано в малом объеме пространства с практическими возможностями решения поставленных выше задач информационного и технического обеспечений автоматизированных систем.
Актуальность исследований в рассматриваемой предметной области повышается в виду заманчивой возможности создания на основе МИП прогнозных, упреждающих моделей и алгоритмов управления, ориентированных на обеспечение требуемой техногенной безопасности, повышения эффективности и перехода на гибкие, ресурсосберегающие схемы производства. Затронутые вопросы комплексированного аппаратного обеспечения имеют доминирующее значение в подсистемах, в целом предопределяющих возможности управленческо-информационной части АСПВБ высокорисковых и потенциально опасных химико-технологических процессов и производств, широко представленных в различных отраслях народного хозяйства.
Совокупность вышеизложенного определяет сложную научно-техническую проблему, комплексное решение которой актуально и ориентировано на повышение эффективности химико-технолоточеских процессов и производств.
В работе приняты следующие понятийные термины по одно и многопараметрическим измерениям и соответствующим функциональным возможностям ИП.
Постановка, решение и результаты диссертационного исследования определили целесообразность применения обобщенного термина - МИП, при анализе отдельных приборо-технических средств возможна конкретизация:
ОИП - однопараметрический ЙП; МПИП - многопараметрический ИП; МОИП -многофункциональный однопараметрический ИП; ММПИП - многофункциональный, многопараметрический ИП.
Проведенные в рамках выполнения реферируемой диссертационной работы разработки и исследования являются составной частью плановых НИР, которые выполнялись в ТашГТУ, ВПТШ МВД РУз в соответствии с рядом государственных, республиканских и ведомственных профамм и заданий. В их числе: Постановление директивных органов №682 от 22.07.82 года, общесоюзная научно-технической про-фамма 0.38.07. ГКНТ СССР №187 от 16.06.87г., НТП ГКНТ РУз (Пост. №2 от 21.01.1994) "Разработка приборов контроля состава и свойств воды, воздуха, почвы, сельскохозяйственной и промышленной продукции" и планами НИР ВПТШ МВД РУз и ТашГТУ (NN ГОС. per. 81057206,01830073155, 01824044778, 01870030008).
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание научных основ выбора, проектирования, разработки и применения новых многопараметрических методов измерения и многофункциональных измерительных преобразователей, обеспечивающих целостность жизненного цикла, информационную интеграцию и повышение эффективности автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности химико-технологических процессов и производств.
Для достижения цели в работе решаются следующие задачи исследования:
разработка методологических основ решения задач реализации информационного и технического обеспечения АСПВБ химико-технологических процессов и производств и формирование принципов системотехнического анализа и синтеза его проектирования и эффективного функционирования.
разработка многопараметрических методов измерения и МИП параметров контроля сред для систем управления и пожарной сигнализации;
моделирование характеристик и режимов эксплуатации МИП в составе организационно-технологических систем управления производством;
разработка методов и алгоритмов проектирования МИП и оптимизация систем контроля параметров сред ХТП и производств;
разработка математического обеспечения обнаружения пожара пленочными тепловыми измерительными преобразователями в форме модели и алгоритма рационального размещения последних в системе пожарной сигнализации;
адекватное требованиям производств совокупное представление показателей измерительных преобразователей и формирование алгоритма рационализации номенклатуры последних;
разработка методов повышения технического уровня метрологической надежности, формирование процедур выбора и сравнения МИП для АСУ производства;
обоснование методики снятия характеристик и разработка автоматизированного испытательного комплекса контроля и диагностики параметров сред и пожарной сигнализации;
- создание проблемно-ориентированной методологии повышения эффектив
ности АСПВБ химико-технологических процессов и производств на основе МИП;
- применение результатов диссертационного исследования и оценка его технико-
зкономической эффективности.
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, моделирования и оптимизации, противопожарной защиты, сигнализации, теории принятия решений , инженерного прогнозирования , научных основ и принципов построения АСПВБ объектов, теории матриц, измерительных преобразователей и погрешностей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена значительным объемом экспериментальных исследований, выполненных с применением метрологически аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры высокого класса точности, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследователей и разработчиков, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с полигонными, натурными и производственными испытаниями. Адекватность предложенных математических моделей и расчетных соотношений реальным процессам и явлениям подтверждена экспериментально.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту и характеризуются научной новизной:
формирование с использованием принципов системного подхода, концептуальных основ решения проблемы построения информационно-технического обеспечения АСПВБ объекта, ориентированного на интеграцию функционального взаимодействия отдельных подсистем;
квапиметрические модели МИП, с получением их обобщенных показателей, положенных в основу предложенной методики оптимального проектирования технических средств и определяющих условия приоритетного применения принципов их построения;
одно- и многопараметрические методы контроля параметров тонких пленок (ТП), базирующиеся на предложенных математических моделях "цвет-параметр ТП"; система автоматизированного построения эвристическо-эволюционной информационной модели (АПЭЭИМ), унифицирующей технологический контроль и используемой в качестве прикладного программного обеспечения при перехода к переналаживаемым схемам производства;
схемотехнические решения МИП контроля сред различной физической природы как компонентов информационного обеспечения АСПВБ объекта; статические, динамические и точностные модели МИП, позволяющие анализировать их основные и информационные характеристики;
математическая модель обнаружения пожара МИП с термоиндикаторными покрытиями, используемая в процедурах расчета тепловой инерционности, оценки и уменьшения динамической погрешности пожарных извещателей;
метод сравнения МИП, основанный на формализованном описании совокупности их разнородных показателей в виде ступенчатой матрицы, использовании понятия расстояния между матрицами и ориентированный на решение задач выбора технических средств АСПВБ объекта;
метод определения рациональной номенклатуры МИП, обусловливающий возможность ее сокращения объединением их в классы подобных между собой объектов;
оптимальное размещение технических средств пожарной сигнализации согласно интегрального выражения, характеризующего опасные факторы пожара, инерционность МИП, в конкретной автоматизированной системе;
структура и элементы автоматизированного испытательного комплекса контроля и диагностики характеристик пожарных извещателей с МИП а составе - для обобщенной оценки их нормированных показателей;
методологические основы: а) выбора состава контролируемых параметров, их критериальной оценки и расчета значимости; б) модели оперативной оценки показателей ХТП и продукции; в) количественной оценки степени адекватности измеряемых характеристик параметрам качества продукции и модель на этой основе; г) замены технических средств; д) мониторинга промышленного пространства; е) создания прогнозных моделей, - которые впервые позволяют соответственно: формировать объем и состав технического обеспечения АСПВБ производства (а); обеспечить переход к гибким схемам производства (б); повысить технический уровень автоматизированной системы (в); реализовать идеологию импортозамещения (г); снизить экологическую напряженность производственной зоны (д); упреждать пожаровзрывоопасные ситуации (е) и в целом повысить эффективность ХТП и производств.
Практическая ценность работы определяется промышленным использованием разработанных многопараметрических методов измерения и МИП систем АСПВБ объектов, программно-технических моделей , стандартов, технологических инструкций и процессов измерения, автоматизированного испытательного комплекса АИККиД как составных фрагментов комплексных систем автоматизированного управления качеством продукции и технологической безопасности химико-технологических процессов и производств. Разработки диссертационной работы призваны способствовать
успешной информационно-управленческой увязке (интеграции) элементов АСПВБ высокорисковых и потенциально опасных объектов с цепью повышения эффективности их необходимого взаимодействия. Кроме того они могут быть использованы в составе информационно-справочных фондов систем информационного обеспечения АСПВБ объектов как эффективных технических средств определения характеристик твердых, жидких и газообразных веществ и материалов, необходимых при решении различных задач по обеспечению пожаровзрывобезопасности.
Синтезированная методология колориметрического определения параметров тонких пленок ориентирована и использована при промышленной реализации массового технологического контроля продукции и техногенной безопасности и создании на этой основе информационного и технического обеспечений - приборно-аппаратурных комплексов многофункционального назначения. Предложенный модуль АПЭЭИМ призван функционировать в режиме самообучающейся системы, унифицировать и сокращать затраты на технологический контроль и параметрическое определение пожарного состояния оборудования микроэлектронного производства.
Унификации расчета параметров, выбору рациональных модификаций технических средств пожарной сигнализации служит модель обнаружения пожаров.
Конструктивный подход к методологии создания информационного и технического обеспечений АСПВБ объектов и пожарной сигнализации ХТП позволил реализовать многопараметрические методы измерения и МИП, синтезировать на их базе автоматизированные системы контроля параметров сред для различных классов химико-технологических производств выявить дополнительные резервы производства и повысить характеристики последних. Оптимальное размещение термочувствительного МИП в конечном итоге решает задачу оперативного обнаружения очага пожара. Разработанная методика проектирования МИП делает возможным проведение целенаправленного поиска их оптимальных конструктивных параметров и разработки соответствующих типов МИП. Представление МИП в виде ступенчатых матриц позволяет реапизовывать процедуры их сравнения и выбора, использовать в составе информационного и технического обеспечений, что особо' значимо и злободневно для взры-во, - пожароопасных и экологически напряженных производств. Разработанный метод сравнения МИП позволяет обоснованно выбирать предпочтительные варианты для конкретных ХТП и реапизовывать перспективные направления разработки их новых классов. Автоматизированный испытательный комплекс контроля и диагностики авто-
матизации снятия характеристик ПИ позволяет ранжировать их и определять перспективы практического использования конфетных вариантов. Выполненные методические разработки открывают новые, более широкие возможности для практических приложений с целью повышения эффективности производств с типовыми ХТП, перехода их на гибкую, ресурсосберегающую схему организации производства и реализации идеологии импортозамещения в приборо-и системостроении.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методы ,МИП стандарты, технологические инструкции и процессы измерения, универсальный испытательный комплекс нашли практическое применение на промышленных объектах типовых ХТП и в учебном процессе. Многопараметрические колориметрические методы измерения параметров контроля микроэлектронной продукции в составе АСУТП внедрены на предприятиях п/я Г-4710 и ПО "Квазар", НПО "Микропроцессор" (г. Киев).Фотометр "Экобиотех -1" запущен в опытно-промышленную эксплуатацию в автоматизированной системе контроля и пожаробезопасности Ташкентского масложирового комбината (МЖК)- взамен зарубежного цветомера "Ловибонд"; приборно-анапитический комплекс ПАК ОС в составе автоматизированной системы экспериментально-аналитического комплекса и пожарной сигнализации (АСЭАК) монтируется на Чарджоуском маслоэкстракционном заводе (МЭЗ).МИП плотности жидкости (МИПГТЖ) внедрены на Ташкентском молочном объединении, Наманганском молочном заводе в автоматизированных системах контроля и управления: приема молока; проникновения "ледяной воды" в молоко; плотности рассола на компрессорно-охладительном участке, а также на Янгиюльском винодельческом заводе для определения сахаристости виноматериалов. Номографический метод и устройство для экспрессного расчета данных при нормализации молока внедрены на Ташкентском и Чирчикском молочных предприятиях. МИП-элемент системы пожарной сигнализации -внедрен на посту станции "Свердловск-сортировочная" и издательско-полиграфическом комбинате (ИПК) "Шарк"- в системах пожарной сигнализации. МИППЖ внедрены на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате для контроля плотности растворов в отделениях фильтрации и сгущения при создании АСУТП. Методика проектирования МИП внедрена в СКТБ "Техноприбор" и СредазНИПРОцвет-мет и используется в их проектно-конструкторской деятельности.
Факт промышленного использования изобретений и законченных НИР, проведенных в рамках диссертационного исследования, подтвержден соответствующими актами.
Совокупный экономический эффект от реализации разработок диссертации составил 710499 руб/год.(в ценах 1991 года). Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе ВПТШ МВД РУз, ТашГТУ и Ташкентского химико-технологического института.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в выступлениях, обсуждены и получили одобрение в 1973-1998 г.г. на международных, всесоюзных, региональных и республиканских НТК и семинарах по соответствующим проблемам, а также на семинарах устных выпусков журнала "Приборы и системы управления"(1976,1983 г.г), кафедр "Технологические измерения и приборы" МИХМ (Москва 1975 г.), "Автоматизация производственных процессов "МИИСП (Москва,1987 г.), "Автоматизированные системы контроля "МИХМ (Москва,1984,1987 г.г.), "Автоматизация пищевых производств" КТИПП (Киев,1983 г.), проблемной НИЛ электрофизических методов обработки пищевых продуктов МТИММП (Москва, 1983г.), всесоюзном семинаре по цветовым измерениям во ВНИИМ (Ленинград, 1982 г.), республиканских семинарах по физике и технологии тонких пленок (Иваново-Франковск,1982, 1986 г.г.), на расширенном НТ семинаре всес. НИИ аналитического приборостроения ВНИИАП (Киев,1975 г.), на девятом совместном советско-французском семинаре (Ташкент, 1985 г.), всес. совещании "Оптические сканирующие устройства" - "ОСУ-84"," ОСУ-90" (Барнаул, 1984,1990 г.г.), всес. НТК "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем "(Москва, 1985 г.), всес. конференциях по информационным и измерительным системам "ИИС-85" (Винница,1985г.)," ИИС-87 " (Ташкент, 1985, 1987 г.г.), 11 всес. совещании по проблемам управления (ИПУ, Москва, 1989 г.), II, III, IY всес. межвузовских конференциях по математическому, алгоритмическому и техническому обеспечению АСУТП (Ташкент, 1980, 1985,1988 г.г.), всес. конференции "Системы управления и средства автоматизации в АПК" (Кишинев, 1987 г.), всес. НТК "Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК "(Ленинград, 1988 г), всес. НТК "Проблемы автоматизации, управления ресурсами в отраслях АПК "(Нальчик, 1989 г.), всес. конференции "Оптико-электронные устройства и системы"(Томск, 1989 г.),респ. НПК "Повышение надежности и эффективности автоматической пожарной защиты
объектов" (Севастополь, 1989 г.), всес. НТК "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов "-" ИКАПП-82","ИКАПП-91" (Барнаул, 1982, 1991 г.г.), всес. НТК Новые исследования молодых ученых и специалистов в области масло-жировой промьшленности''(Ленинград,1991г.) IV Межд. НПК "Системный анализ, моделирование и управление сложными процессами и объектами" (Ташкент, 1994 г.), Межд. НПК "Пожарная безопасность - 97" (Москва, 1997 г.), Межд.НПК "Проблемы совершенствования системы подготовки кадров и деятельности пожарной охраны" (Ташкент 1998 г.), ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава ТашПИ (1972-91 г.г.),ТашХТИ (1992-97 г.г.)
Публикации. По результатам исследований опубликовано 125 научных работ, в том числе 2 монографии, 4 методических пособия, 22 статьи в центральных журналах, 70 работ в центральных, республиканских и местных изданиях, материалах симпозиумов, конференций и совещаний, в'ВИНИТИ зарегистрировано 9 НТО, получено 15 авторских свидетельств и 1 патент на изобретения .Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично.
Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежит: постановка и формализация задач исследования, разработка методов и конструктивных решений, теоретические обобщения и прикладные расчеты, участие в технической реализации и внедрении разработок. В совместных публикациях и изданиях имеет место неделимое единство.
Законченные разработки, выполненные в рамках диссертационного исследования, демонстрировались на международной, союзных и республиканских выставках, отмечены дипломами, серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР и ВДНХ Уз ССР.
За цикл научных исследований автор удостоен звания лауреата премии комсомола (1977 г.).
Структура и объем диссертации . Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 240 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 254 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка и 24 таблицы.
Автор выражает благодарность акад. АЕН РФ, д.т.н., профессору Топольскому Н.Г. и чп.-корр. АН РУз, д.т.н., профессору Юсупбекову Н.Р.- за научные консультации
и внимание и глубоко признателен д.т.н., профессору Гулямову Ш.М. и начальнику ВПТШ МВД РУз, К.Ю.Н. Сабирову М.С.- за помощь и поддержку при завершении диссертационной работы.
