Введение к работе
Актуальность темы
За последние 35-40 лет накоплен большой опыт разработки автоматизированных систем (АС) разного назначения. В автоматизированных системах научного исследования (АСНИ) и в системах автоматизированного эксперимента (САЭ) он связан с организацией основных видов обеспечения (методического, информационного, программного, аппаратного, организационного и т.д.) под натурный или вычислительный эксперимент. В АСУ исторически сложилось так, что на каждом предприятии сосуществуют разнообразные информационные подсистемы (DCS, SCADA, ERP и др.), которые в большинстве случаев функционируют независимо друг от друга, решая свой класс задач. Однако, только оперативная информация в нужное время и в нужном месте способствует принятию объективно-правильного решения. В настоящее же время часто отсутствуют не только обмен оперативной информацией между уровнями (вертикальные связи), но и горизонтальные связи между подсистемами на одном уровне.
В АСУ ТП традиционно решается задача сбора данных и управления устройствами низовой автоматики на контроллерном уровне. Независимо от типа контроллерного оборудования по стандартным протоколам реального времени данные для визуализации, архивирования, алармирования, формирования управляющих воздействий и т.п. поднимаются на уровень HMI (human machine interface) SCADA-систем. Клиентские конфигурации HMI и SCADA-приложений на уровне управления технологическими процессами позволяют в реальном времени отслеживать оперативную информацию в отдельных цехах или участках. Использование однородных подсистем на всех участках технологического процесса дает возможность достаточно просто объединять данные на уровне управления предприятием (УП) на основе уже выбранного инструментального средства. На практике "зоопарк" SCADA, DCS, HMI систем осложняет задачу интеграции технологических данных, но исполь-
зование стандартных прикладных протоколов реального времени делает интеграцию возможной. Современные продуктовые линейки и стандартные коммуникационные протоколы позволяют предоставить информацию в полном объеме всем системам и пользователям верхнего уровня.
Основное назначение АСУ П касается автоматизации административно-хозяйственной деятельности предприятия. На практике использование даже суперсистем (например, класса SAP R/3) не позволяет полностью решать задачу управления. Недостаток оперативной технологической, диагностической, хозрасчетной и др. информации становится все более актуальным и сопровождается требованием ее обязательного предоставления.
На фоне общих проблем разработки систем автоматизации эксперимента (САЭ) и информационно-управляющих систем для производственных процессов (ИУС 1111) всегда важна специфика конкретных разработок, проводимых в рамках взаимодействия одного разработчика со сложившимся конгломератом заказчиков. Эта специфика может подтвердить сложившиеся представления и тенденции, а может стать и точкой роста для новых задач и поставок. Поэтому анализ опыта разработки АС чрезвычайно актуален.
Диссертация выполнена в соответствии с планом научных исследований ИРЭ АН СССР, целевой комплексной программой ГКТН СССР 0.11.027, научно-технической программой 0.80.03, комплексной программой научно-технического прогресса стран-членов СЭВ до 2000 г.; программами и планами ЗАО «РТСофт» на 1992-2006 гг.
Объект исследования: разработка автоматизированных систем эксперимента и управления производственными процессами.
Предмет исследования: анализ опыта разработки автоматизированных систем эксперимента и управления производственными процессами.
Цель: совершенствование инструмента разработки автоматизированных систем на основе анализа опыта создания САЭ и ИУС ПП. Основные задачи:
анализ проблематики, выявление прототипов и генерирование гипотез о предполагаемых решениях,
формирование пакета программ и проектов по проблематике,
анализ опыта создания САЭ с приборным интерфейсом,
анализ опыта разработок ИУС ПП,
анализ опыта управления проектами по разработкам АС,
анализ результатов внедрения САЭ и ИУС ПП,
выработка рекомендаций по развитому на основе анализа опыта инструментарию разработки АС.
Научная новизна:
предложен пакет прототипов по проблеме разработки автоматизированных систем эксперимента и управления производственным процессом, а также анализа этого опыта;
разработан пакет из 5 программ и 18 проектов по анализу опыта разработки САЭ и ИУС ПП;
развита структура инструментальных программных средств АСНИ; создана имитационная модель функционирования системы автоматизации научного эксперимента;
предложена прикладная методология построения комплексных автоматизированных систем управления производственными процессами, анализ которой подтвердил обоснованность основных процедур: проведения обследования промышленного предприятия с выходом на объектно-ориентированную структуру данных и архитектуру будущей системы; выбора инструментальных коммерческих средств для реализации системы, а также методики построения иерархии комплексной системы и критериев приоритизации этапов реализации;
построены обобщенные модели специализированных подсистем в рамках комплексной системы автоматизации (оперативно-диспетчерского управления технологическими процессами, комплексной автоматизации оперативного обслуживания и эксплуатации оборудования; планирования как отдельных технологических процессов, так и производства продукта от сырья до товара; поддержки отработки оптимизирующих воздействий с целью прогнозирования возможных побочных отклонений; получения достоверной текущей технологической информации для комплексной автоматизации процессов производственно-технического управления и обеспечения экономичности работы; управления ведением проекта и т.д.), анализ которых выявил существенную значимость специфики предприятия-заказчика;
на основе анализа производственной деятельности промышленных предприятий предложена классификация производственных процессов для различных типов промышленного производства; сформированы перечни производственных процессов для каждого типа производства; обобщены основные функции каждого процесса; для каждого производственного процесса обоснованно выбрана система автоматизации этого процесса в виде совокупности коммерческих продуктов, наиболее полно позволяющая реализовать функции этого процесса; разработаны методики внедрения соответствующей производственному процессу системы автоматизации с учетом особенностей отдельного предприятия и формирования технико-коммерческого предложения как наиболее плохо формализованной фазы процесса управления проектом; определены роли участников внедрения проекта на предприятии; разработан шаблон типового бизнес-плана, предложена и реализована процедура расчета показателей экономической эффективности;
предложена модель экономической оценки, учитывающая приемлемость проекта по критерию NPV, его чувствительность к изменению себестоимости продукции, а следовательно, к варьирования объемов
производства, уровня переменных и постоянных издержек, сроков возврата инвестиций и внутренней нормы прибыли, показавший возможность количественной оценки обоснованности внедрения проектов автоматизации производственных процессов;
- разработаны типовые решения для систем производственного уровня пред
приятий нефтехимической, пищевой, газотранспортной отраслей, анализ
которых позволил развить инструмент разработки САЭ и ИУС ПП.
Практическая ценность
предприятиям предложена единая инструментальная платформа для создания комплексных проектов АСУ ПП;
получены документы внедрения результатов диссертационного исследования на 15 предприятиях с экономическим эффектом 300 млн. руб.
Публикации. Список публикаций по теме диссертационного исследования включает 59 наименований.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации доложены на: семинаре "Интерфейсные средства систем автоматизации научных исследований" (г.Севастополь, 1988г.), семинаре "Интерфейсные средства персональных ЭВМ" (г.Севастополь, 1989г.), VII Всесоюзном симпозиуме "Магистрально-модульные средства автоматизации" (г.Новосибирск, 1989г.), семинаре "Программное обеспечение АСНИ" (г.Гливице, ПНР, 1989г.), конференции "Автоматизация управления производством на предприятиях тепловой энергетики" (г.Москва, 2006г.), Всероссийском научно-техническом форуме "Управление производственными процессами: от концепции к практике реализаций" (г.Москва, 2004), Международной научно-практической конференции «На передовых рубежах науки и инженерного творчества» (г.Екатеринбург, 2004г.), на НТС ЗАО «РТСофт»
(г.г. Москва, Черноголовка, Санкт-Петербург, Павловский Посад, Новочеркасск, Протвино, 2000-2006 гг.).
Личный вклад автора:
методика разработки программного обеспечения для систем автоматизации экспериментов с использованием приборного интерфейса; - участие в более чем 20 аудитах промышленных предприятий с целью: макромоделирования систем управления производственными процессами (MES-систем) для непрерывного и дискретного производств и производства по дозированию и смешиванию (batch-процесс); построения функциональной и компонентной структур отдельных подсистем; определения наборов современных COTS-продуктов, которые упрощают процесс создания MES-систем;
методология реализации систем АСУ ПП;
совокупность методов технико-экономических оценок всех предложенных решений;
анализ накопленного опыта разработок АС.
Структура диссертационного исследования приведена нарис. 1.
Логика развития темы
Программа 1. Анализ проблематики разработки систем автоматизированного
эксперимента (САЭ) и управления производственными процессами
1.1.4
Проект 1.1 Литературно-аналитический обзор
1.1.1
1.1.3
1.1.2
Проект 1.2 Прототипы
Проект 1.3 Гипотезы о предполагаемых решениях по развитию прототипов
Программа 2. Разработка инструментального программного обеспечения (ПО) для систем автоматизированного эксперимента с приборным интерфейсом
Проект 2.1 Проблематика построения САЭ на основе приборного интерфейса
Выполненный заказ
± Новые знания, новые изделия, новый инструмент
Рис.1 Структура программ и проектов по теме диссертационного исследования (подсистемы: ОДУ - оперативно-диспетчерского управления, СП - слежения за производством, УПФ - управления производственными фондами, УКП - управления качеством продукции; ИПС -инструментальное программное средство; подпроекты: обзоры; 1Л .1 - по САЭ, 1Л .2 - по ИУСПП, 1.1.3 - по управлению проектами, 1.1.4 - по анализу опыта разработки САЭ и ИУС ПП; прототипы: 1.2.1 - по САЭ, 1.2.2 - по ИУС ПП, 1.2.3 - по управлению проектами, 1.2.4 - по эффективности, 1.2.5 - по анализу опыта создания САЭ и АСУ; гипотезы: 1.3.1 - по САЭ, 1.3.2 -по АСУ, 1.3.3-по управлению проектами, 1.3.4-по эффективности, 1.3.5-по анализу опыта)
