Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния и направлений развития методов оценки надежности современных систем управления 12
1.1 О современном состоянии теории надежности систем управления 12
1.2 Сложные производственные СУ - как объекты оценки надежности 14
1.3 Анализ существующих методов оценки надежности сложных СУ 19
1.4 Анализ влияния контроля технического состояния систем и их элементов на оценку надежности 25
1.5 Обоснование выбора мультиагентной технологии для решения задач оценки эксплуатационной надежности СУ 29
1.5.1 Мультиагентные технологии как одна из современных парадигм искусственного интеллекта 30
1.5.2 Назначение и функции интеллектуальных агентов 32
1.5.3 Анализ существующих технологий построения мультиагентных систем 34
Выводы по главе 1 38
2 Разработка метода построения мультиагентной системы поддержки принятия решений по оценке эксплуатационной надежности систем управления 40
2.1 Разработка концептуальных основ построения ИОД IP по оценке эксплуатационной надежности систем управления 40
2.2 Создание математических моделей оценки и прогнозирования показателей надежности ТС на основе измерения диагностических параметров 44
2.3 Восходящий подход к построению мультиагентной системы ПНР по оценке эксплуатационной надежности 51
2.3.1 Среда функционирования МАСІ И IP по оценке эксплуатационной надежности СУ и ее основные характеристики 52
2.3.2 Определение состава агентов и распределение ролей между ними 56
2.3.3 Синтез моделей и разработка алгоритмов функционирования интеллектуальных агентов в МАО 11 IP 58
2.3.3.1 Разработка структурной модели и алгоритма поведения агента-исполнителя 59
2.3.3.2 Разработка структурной модели и алгоритма поведения агента-координатора 65
2.3.3.3 Разработка структурной модели и алгоритма поведения агента-заказчика 68
2.4 Разработка модели представления знаний интеллектуальных агентов
МАСІ И IP по оценке эксплуатационной надежности 69
2.4.1 Разработка системы продукционных правил для агента-исполнителя 70
2.4.2 Разработка системы продукционных правил для агента -координатора 73
2.5 Синтез модели мультиагентнои системы поддержки принятия решений по
оценке эксплуатационной надежности систем управления 75
Выводы по главе 2 78
3 Разработка алгоритмов функционирования мультиагентнои системы поддержки принятия решений по оценке надежности СУ 79
3.1 Разработка базы знаний МАСІ 11 IP по оценке эксплуатационной надежности аппаратной части СУ 80
3.1.1 Разработка алгоритма функционирования машины логического вывода 81
3.1.2 Информационное обеспечение МАСІ И IP по оценке эксплуатационной надежности СУ 86
3.1.2.1 Описание входной и выходной информации 86
3.1.2.2 Информационный анализ предметной области и построение инфологической модели данных 88
3.1.2.3 Разработка структуры базы данных 92
3.2 Разработка конструктора МАСППР по оценке надежности 96
3.2.1 Организация диалога пользователя с МАСППР 97
3.2.2 Разработка алгоритмов обработки информации при работе с конструктором системы 98
Выводы по главе 3 104
4 Разработка мультиагентнои системы поддержки принятия решений по оценке эксплуатационной надежности аппаратной части СУ 106
4.1 Выбор программно-технических средств реализации системы 106
4.1.1 Обоснование выбора системного обеспечения 106
4.1.2 Выбор системы управления базами данных 109
4.1.3 Выбор технических средств реализации системы 111
4.1.4 Описание режима работы с системой 112
4.2 Разработка МАСППР по оценке эксплуатационной надежности СУ в рамках сортопрокатного цеха ОАО «ОЭМК» 116
4.2.1 Описание производства проката на Оскольском электрометаллургическом комбинате 116
4.2.2 Автоматизированная система управления на ОЭМК 116
4.3 Разработка структуры МАСППР по оценке эксплуатационной надежности аппаратной части АСУТП печами нагрева СПЦ-1 126
4.4 Примеры оценки эксплуатационной надежности АСУТП печей нагрева 130
4.4.1 Анализ и моделирование функциональной надежности системы для нормированных условий эксплуатации 130
4.4.2 Примеры расчета показателей эксплуатационной надежности с учетом реальных условий эксплуатации 136
Выводы по главе 4 139
Заключение 141
Список литературы
- Анализ влияния контроля технического состояния систем и их элементов на оценку надежности
- Создание математических моделей оценки и прогнозирования показателей надежности ТС на основе измерения диагностических параметров
- Разработка алгоритма функционирования машины логического вывода
- Разработка МАСППР по оценке эксплуатационной надежности СУ в рамках сортопрокатного цеха ОАО «ОЭМК»
Введение к работе
Актуальность темы. Надежность современных систем управления (СУ), наряду с эффективностью, живучестью, безопасностью, эффективностью управления, является важной составляющей их качества. Все чаще эти системы попадают в категорию «критичных», т е имеют абсолютное влияние на деятельность организаций и предприятий, в рамках которых они функционируют Потеря работоспособности таких систем даже на короткое время приводит к серьезным проблемам, связанным с утратой дохода, непредвиденными расходами, простоем производства и персонала, потерями времени, а порой и к техногенным катастрофам
Как известно, наиболее существенное влияние на надежность систем управления оказывает надежность комплекса технических средств. Поэтому решение задач, связанных с повышением надежности функционирования аппаратной части систем является наиболее актуальной задачей
В настоящее время получены значимые результаты в области оценки и прогнозирования показателей надежности элементов и типовых подсистем на стадии их проектирования, известно большое число методов и инженерных методик, доведенных до алгоритмов и программ, разработан ряд нормативных документов по проектной оценке надежности Однако задача оценки эксплуатационной надежности в масштабе реального времени, когда необходим точный и оперативный учет целого ряда факторов, решена недостаточно
Сложной задачей остается расчет эксплуатационной надежности современных СУ в целом Главная причина такого положения заключается в проблеме нестационарности характеристик элементов и узлов, размерности и трудоемкости процедур построения математических моделей надежности многофункциональных систем, состоящих из большого числа разнородных составляющих, сложности получения и учета большого разнообразия факторов, характеризующих реальные условия эксплуатации Кроме того, традиционные методы основываются на использовании статистических данных об отказах Но для современных СУ и их элементов отказы - редкие события, поэтому делать выводы о фактической и прогнозной надежности становится весьма затруднительно, так как требуется длительное время для получения результатов наблюдений, что в свою очередь приводит к снижению оперативности решения задачи Использование же статистической информации, известной из опыта эксплуатации аналогов, не позволит получить достоверный результат '
Отмеченные обстоятельства позволяют заключить, что исследование и разработка новых моделей и механизмов оценки эксплуатационной надежности систем управления, является в настоящее время актуальной задачей, для решения которой возникает необходимость в привлечении знаний из различных областей и современных методов принятия решений, включая методы искусственного интел лекта, которые, по мнению автора, позволят обеспечить более высокую достоверность и оперативность решения задачи оценки эксплуатационной надежности СУ в масштабе реального времени
Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану комплексной научно-исследовательской работы СТИ МИСиС «Разработка математических методов управления процессами основного и вспомогательного производства в металлургии» (шифр темы 1 202 00)
Цели и постановка задач исследования. Целью диссертации является разработка и реализация мультиагентной системы поддержки принятия решений, позволяющей в масштабе реального времени осуществлять оценку и прогноз эксплуатационной надежности аппаратной части систем управления с учетом целого ряда факторов, влияющих на надежность
Достижение цели работы потребовало решения следующих задач.
-
Анализ текущего состояния и направлений развития существующих методов оценки надежности аппаратной части систем управления
-
Выбор мультиагентной технологии для реализации механизма принятия решений по оценке эксплуатационной надежности
3. Разработка математических моделей оценки показателей эксплуатационной надежности элементов систем управления с использованием дополнительной априорной информации
-
Синтез моделей интеллектуальных агентов в соответствии с ролевым назначением и разработка на их основе алгоритмов поведения для решения задач оценки эксплуатационной надежности в масштабе реального времени
-
Разработка модели и алгоритмов функционирования мультиагентной системы поддержки принятия решений для оперативной и достоверной оценки показателей надежности
Методы исследования. В работе использованы методы мультиагентных технологий, математической статистики, теория и методы проектирования информационных систем, баз данных, теория сложных систем управления, методы теории вероятностей, теории надежности систем.
Научная новизна и значимость результатов диссертационной работы состоит в следующем
-
Предложен метод построения системы поддержки принятия решений по оценке эксплуатационной надежности систем управления с использованием мультиагентной технологии
-
Построены модели интеллектуальных агентов системы с определением их ролевого назначения и алгоритмов поведения для решения задач оценки эксплуатационной надежности в масштабе реального времени
4 Разработаны модели представления знаний для агентов системы, отличающиеся композицией продукционных правил и схем логического вывода на сети
3 Синтезирована модель мультиагентной системы поддержки принятия ре
шений, основанная на совместной декомпозиции моделей элементов внутренней и
внешней среды, позволяющая оперативно оценивать показатели эксплуатацион
ной надежности за счет интеграции компонентов системы
5 Предложен комплекс алгоритмов реализации мультиагентной системы поддержки принятия решений для оперативной оценки эксплуатационной надежности аппаратной части систем управления
Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, подтверждены расчетами, моделированием на ЭВМ, производственными экспериментами и экспертными оценками специалистов, а также апробацией полученных результатов на производстве
Практическая значимость и результаты внедрения.
-
Применение предложенных методов, моделей, алгоритмов позволяет разработать и реализовать автоматизированную систему ППР, позволяющую оценивать показатели эксплуатационной надежности отдельных элементов и СУ в целом Функционирование системы в реальном масштабе времени и учет целого ряда факторов, влияющих на надежность, позволит повысить достоверность и оперативность получаемых оценок, что в свою очередь будет способствовать точному и своевременному прогнозированию реального технического состояния, приведет к росту уровня технической готовности аппаратной части СУ
-
Разработанные модели, методы и алгоритмы используются в практике оценки эксплуатационной надежности НПО «Промпроект», ОАО «Проектэлек-тромонтаж», ООО «Автоматизированные системы и приводы»
-
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении студентами специальных дисциплин «Системы искусственного интеллекта», «Диагностика и надежность автоматизированных систем», «Проектирование систем управления», «Надежность информационных систем» при прохождении производственных практик, при выполнении дипломных работ
На защиту выносятся:
-
Метод построения системы поддержки принятия решений для оперативной оценки эксплуатационной надежности с использованием мультиагентной технологии
-
Модели и алгоритмы поведения интеллектуальных агентов, согласно их ролевому назначению для оценки эксплуатационной надежности систем управления в масштабе реального времени
-
Модели представления знаний интеллектуальных агентов системы, отличающиеся композицией продукционных правил и схем логического вывода по базе знаний
-
Модель мультиагентной системы поддержки принятия решений, основанная на совместной декомпозиции моделей элементов внутренней и внешней среды, позволяющая интегрировать компоненты системы
-
Комплекс алгоритмов функционирования автоматизированной информационной системы оценки надежности в масштабе реального времени
-
Программно-технический комплекс реализации мультиагентной системы ППР по оценке эксплуатационной надежности аппаратной части систем управления
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования докладыва-
лись и обсуждались на международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2006г), на международной научно-практической конференции «Образование, наука, производство и управление» (Старый Оскол, 2006г , 2007 г), на международных научных конференциях «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (г Старый Оскол, 2004г , 2006г), «Сложные системы управления и менеджмент качества CCSQM'2007» (Старый Оскол, 2007), на всероссийской I школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами» (Самара, 2006г), на всероссийской II школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами» (Воронеж, 2007г), региональных, научно-практических конференциях «Современные проблемы технического, естественно-научного и гуманитарного знания» (Губкин, 2004г), «Молодые ученые - производству» (г Старый Оскол, 2004г, 2005г, 2007г), «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (г Старый Оскол, 2005г)
Публикации. По результатам исследования опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, состоит в следующем в работе [1] выявлены и структурированы особенности современных производственных СУ с позиций теории надежности, в работе [2] предложен математический аппарат расчета оценочных и прогнозных показателей надежности отдельных элементов СУ, в работах [3], [10] разработаны структуры и алгоритмы функционирования интеллектуальных агентов в мультиагентной системе оценки и прогнозирования надежности, согласно их ролевому назначению, в работе [4] проведен анализ влияния процедур диагностики, контроля технического состояния систем и их элементов на оценку и прогноз надежности, в работах [5], [12] автором разработана функциональная структура системы оценки и прогнозирования эксплуатационной надежности, в [6] рассмотрены и проанализированы возможности применения мультиагентных технологий для оценки и прогнозирования надежности СУ, в работе [7] разработана модель представления знаний интеллектуальных агентов в мультиагентной системе оценки и прогнозирования эксплуатационной надежности аппаратной части СУ, в работе [8] предложен системный подход к обеспечению требуемой надежности технических средств на основе комплексного анализа их отказов, в работе [9] предложена функциональная модель поведения агентов в MAC оценки и прогнозирования эксплуатационной надежности СУ, в работе [11] предложен концептуальный подход построения интеллектуальной системы оценки и прогнозирования показателей надежности
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения, заключения, библиографического списка из 128 наименований, 8 приложений, содержит 137 страниц основного текста, 31 рисунка, 6 таблиц
Анализ влияния контроля технического состояния систем и их элементов на оценку надежности
Современная наука рассматривает надежность как одно из самых важных комплексных свойств систем и объектов общепромышленного назначения, от которого зависят их качество, экономичность, ресурсосбережение, конкурентоспособность и безопасность [4]. Проблеме надежности, как основному фактору, обеспечивающему ускорение технического процесса, уделяется в последнее время все большее внимание. Международная организация по стандартизации (ISO) совместно с Международной электротехнической комиссией (МЭК) проводит работы по стандартизации в области надежности сложных систем. К этим работам подключились более 90 развитых стран мира, включая Россию.
Научной базой работ по обеспечению надежности как систем, так и их элементов является теория надежности. Ее развитие было стимулировано ростом требований к современной технике, резким увеличением сложности систем. Теория надежности сформировалась в результате разностороннего теоретического и экспериментального изучения закономерностей, связанных с обеспечением безотказной работы современных технических устройств [29].
К основным задачам теории надежности относятся [118]: установление видов количественных показателей надежности; выработка методов аналитической оценки надежности; разработка методов оценки и прогнозирования надежности по результатам испытаний; оптимизация надежности на стадиях разработки и эксплуатации и др. Теоретические и прикладные методы теории надежности, первоначально были связаны с исследованиями в области радиоэлектроники, авиации и космонавтики. Из опубликованных в нашей стране фундаментальных работ, касающихся общих теоретических вопросов надежности следует выделить труды Дружинина Г. В. [46], Половко А. М. [89, 92], Гаскарова Д. В. и Голинкевича Т. А. [27], Гнеденко Б. В. [19, 29, 30], Барлоу Р. [9], Черкесова Г. Н., Рябинина И. А. [107, 116], Байхельт Ф., [7], Барзилович Е.Ю. [8], Глазунова Л. П. [28], Гудкова А. Д. [40], Гук Ю. Б. [41], Коваленко И. Н. [56, 57], Ушакова И. А. [58].
Теория надежности нашла широкое применение при разработке, проектировании и промышленной эксплуатации разнообразных сложных систем, например, электроэнергетических, автоматизированных, информационных и др. [1, 20, 31, 73].
Надежность современных систем управления (СУ) является важной составляющей их качества и необходимым условием не только для обеспечения безопасности различных объектов управления, но и необходимым условием выпуска качественной и конкурентоспособной продукции. Научно обоснованный анализ надежности СУ предусмотрен требованиями государственных и международных стандартов [36-39]. Готовность организаций и предприятий, эксплуатирующих СУ, выполнять научно обоснованный анализ их надежности является обязательным условием государственной и международной сертификации. Главной конечной целью анализа, моделирования, оценки и прогнозирования надежности является своевременное получение достоверной информации, необходимой для выработки и реализации обоснованных решений в области обеспечения требуемой надежности СУ [76]. До настоящего времени во многих организациях эти работы не выполняются из-за отсутствия научно-обоснованной проработки методических вопросов постановки задач, построения моделей надежности систем, выполнения расчетов и прогнозирования показателей и использования этих результатов при выработке и обосновании проектных и эксплуатационных решений. Для постановки задач разработки методов и механизмов оценки надежности СУ необходимо, прежде всего, выделить их особенности с позиций теории надежности. 1.2 Сложные производственные СУ— как объекты оценки надежности
В основе научного анализа надежности сложных и высокоразмерных СУ лежат математические модели и современные информационные технологии. С их помощью должны осуществляться расчеты значений необходимых показателей, решаться задачи оптимизации, синтеза, выработки и обоснования управленческих решений. От обеспечения возможности достаточно точно и оперативно решать указанные задачи непосредственно зависит экономичность, ресурсосбережение и конкурентоспособность современного производства [74].
Большая размерность и высокая структурная сложность современных СУ уже давно привели к тому, что главной проблемой в количественной оценке их надежности стали непреодолимые вручную громоздкость и трудоемкость процессов построения математических моделей для выполнения расчетов этих показателей. Поэтому центральное место в решении проблемы оценки надежности современных СУ занимают вопросы разработки методов имеханизмов, которые позволяют автоматизировать сложный и трудно формализуемый процесс оценки надежности СУ на различных этапах их жизненного цикла.
Как объект анализа, СУ современных предприятий можно охарактеризовать рядом особенностей, которые необходимо учитывать в математических моделях их надежности [109,118,76]:
Современные СУ как правило состоят из большого числа разнородных элементов (механические, электронные, эргатические, программные, обработки сигналов, обработки информации, датчики, исполнительные устройства, переключатели и т.д.), каждый из которых характеризуется собственными параметрами надежности. Существенно неоднородными могут быть функциональные связи элементов и подсистем в СУ (механические, электрические, информационные, организационные и др.), что существенно усложняет постановку и решение задач анализа и оценки их надежности. Функционирование таких систем описывается графом, имеющим большое число состояний. В современных СУ часто применяются многофункциональные элементы, каждый из которых выполняет в системе несколько функций с различной организацией условий обеспечения их реализации в системе. Возможно наличие элементов СУ с более чем двумя состояниями работоспособности и/или отказа, которые необходимо учитывать в моделях надежности (обрыв, короткое замыкание, работа с несколькими уровнями эффективности, риска функционирования и др.). Могут иметь место стохастические зависимости параметров надежности элементов, когда, например, изменяются условия эксплуатации, или когда отказы одних элементов изменяют режимы работы других элементов, отдельных подсистем, системы в целом.
Структуры современных СУ характеризуются высокой сложностью. Схемы их надежности не всегда могут быть представлены традиционными средствами структурного описания систем - логическими блок-схемами, деревьями отказов и событий, графами связности. На различных этапах жизненного цикла структуры СУ могут существенно изменяться. Так в процессе эксплуатации системы изменение ее структуры может иметь место вследствие изменений технологических режимов работы, отказов элементов, проведение мероприятий технического обслуживания, ремонтов и модернизаций. Такая множественность и изменчивость структур СУ часто приводит к необходимости многократного исследования их надежности, вплоть до анализа в реальном масштабе времени.
Создание математических моделей оценки и прогнозирования показателей надежности ТС на основе измерения диагностических параметров
Данные правила синтезированы на основании разработанного алгоритма функционирования агента и должны быть заключены в один модуль, к которому будут иметь доступ только эти агенты.
На первом этапе необходимо убедиться в работоспособности конкретного технического средства. П1: ЕСЛИ сенсоры доступны, ТО Получить Zy TSt; Если сбор измерительной информации с объекта диагностирования возможен, то происходит её обработка. Для каждого і - ого ТС производится анализ времени функционирования (наработки) и j - ого диагностического параметра в виде правил:
В зависимости от количества диагностических параметров, данное правило может разбиваться на несколько простейших правил, но их число не превышает количества диагностических параметров і - ого ТС.
После полученной оценки фактического состояния і - ого ТС срабатывает правило: П9: ЕСЛИ ФСІ стабильно, ТО Запросить необходимость отчета. П10: ЕСЛИ Отчет требуется, ТО Найти в РБД Т0СРІ,Т0?І, РДг ), соответствующие ttf3M(m-i). ПИ: ЕСЛИ Отчет не требуется, ТО Занести zg, іизмт в РБД. П12: ЕСЛИ ФСІ нестабильно, ТО Запустить алгоритм оценки надежности TSi. Данный алгоритм реализуется специальным модулем, используя разработанный ранее (п. 2.2) математический аппарат оценки показателей надежности ТС на основе измерения диагностических параметров, в рамках которого сначала осуществляется расчет среднего значения остаточного ресурса Т0СР. П13: ЕСЛИ Запущен алгоритм оценки надежности TS{, ТО Получить значение Тосрг Следующая группа правил предназначена для расчета таких показателей надежности технических средств СУ, как гамма-процентный остаточный ресурс Т0у и вероятность безотказной работы за наработку тзад после момента іизм - Р(тзад)- Для их оценки необходимо, в зависимости от изменения определяющего параметра, выбрать теоретическую модель распределения остаточного ресурса: П14: ЕСЛИ запущен алгоритм оценки надежности TSt И Изменение определяющего параметра имеет монотонный характер, ТО Принять DM-распределение. П15: ЕСЛИ запущен алгоритм оценки надежности TS( И Изменение определяющего параметра имеет немонотонный характер, ТО Принять DN-распределение. П16: ЕСЛИ Принято DM-распределение ИЛИ Dl -распределение, ТО Получить значения T0fi, Р,(Тз ,д). П17: ЕСЛИ Получены значения ТОСРІ,Т0?І, Р тзад), ТО Занести полученные данные Zy, ҐИЗМ т, T0ri, Р,(гмд) в РБД И Передать полученные данные агенту-координатору.
Таким образом, разработанная для агента-исполнителя последовательность действий на основе продукционных правил, позволит перейти от входных переменных (при сборе информации) к конечному результату - выходным данным (при обработке информации), то есть агент переходит из одного состояния в другое на основе правил, содержащихся в его базе знаний.
Из теории надежности систем управления известно, что при функциональной декомпозиции СУ как многофункциональной системы в качестве элементов системы рассматриваются ее отдельные функции. Расчет надежности по каждой отдельной функции осуществляется по структурной надежностной схеме, в которой определенным образом включены элементы (технические средства), участвующие в реализации данной функции. Причем, если отказ элемента, независимо от его назначения, вызывает отказ функции, то в схеме элемент соединяют последовательно. Если отказ функции возникает при отказе всех или части однотипных элементов, то такие элементы соединяют параллельно [116].
В целях экономии объема памяти предлагается реализовать структурные надежностные схемы посредством логических выражений, при составлении которых учитывается все многообразие возможности соединения элементов при помощи скобок и связок: «ИЛИ» - если параллельное и «И» - если последовательное соединения.
Разработка алгоритма функционирования машины логического вывода
Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК), введенный в эксплуатацию в 1982 году, является уникальным предприятием, на котором впервые в России всю сталь выплавляют методом прямого восстановления железа из руды.
ОЭМК представляет собой взаимосвязанную совокупность подразделений (цехов, участков и хозяйств), в состав которого входят цехи: окомкования и металлизации (ЦОиМ), электросталеплавильный (ЭСПЦ), сортопрокатный №.1 (СПЦ-1), сортопрокатный №2 (СПЦ-2), а также вспомогательные цехи, объекты складского и транспортного хозяйства. Между всеми подразделениями предприятия установлены целесообразные пропорции объемов производства, обеспечивающие наиболее экономичное осуществление всей производственно-хозяйственной деятельности.
Автоматизации производства, как одно из важных направлений развития современных предприятий металлургической промышленности, приняла глобальные масштабы, так как от оперативности регулирования технологического цикла производства зависит качество и конкурентоспособность произведенной продукции. Поэтому прокатными станами, как и другим металлургическим оборудованием, на ОЭМК управляют системы автоматики, способные реализовать оптимальные режимы работы агрегатов и поддерживать, в необходимых пределах, основные технологические параметры, создающие условия для получения требуемого производства готовой продукции высокого качества.
Интегрированная АСУ комбинатом является многоуровневой и построена по иерархическому принципу.
Верхний уровень управления комбинатом поддерживается информационной системой класса ERP (Enterprise Resource Planning -планирование ресурсов предприятия) R3 фирмы SAP, полностью удовлетворяющая высоким требованиям по актуализации информационных потоков предприятия, которая совместно с локальными цеховыми системами обеспечивает выполнение основных бизнес-процессов.
Система SAP R3 представляет собой набор модулей программного обеспечения в архитектуре клиент-сервер, которые поддерживают широкий спектр процессов, позволяющих соединить на предприятии: производство, сбыт, бухгалтерский учёт и учёт затрат в одно целое; способствуют рационализации производства; предоставляют возможность оперативного получения производственно-экономических данных и позволяют точно планировать и управлять всеми административно-хозяйственными операциями.
В настоящее время на ОЭМК внедрены и находятся в продуктивной эксплуатации следующие модули системы R3: ММ (управление закупками и запасами материалов), SD (сбыт), РМ (управление ремонтами), РР (управление производством запасных частей), СО (контроллинг), FI (финансы), РР (управление производством металлопродукции). В опытной эксплуатации находятся модули: QM (управление качеством), TR (финансовый менеджмент). На данный момент система R3 внедрена во всех основных цехах и в настоящее время ведутся работы по подключению вспомогательных цехов к системе.
Цеховые системы автоматизации, в свою очередь, имеют три уровня: - на уровне цеховых АСУ решаются задачи сменно-суточного планирования выплавки стали и производства проката, слежения за металлом на всех переделах производства, формирования базы данных по технологическим маршрутам обработки металла, анализа данных, выдачи отчётных документов; - на следующем уровне реализуются программы автоматизированного управления технологическими процессами и основными агрегатами (электродуговыми печами, прокатными станами и т.д.); - на уровне базисной автоматизации решаются задачи управления и регулирования в локальных контурах, а также сбора и первичной обработки информации о ходе технологического процесса и сопряжения с другими системами.
Интеграцию всех автоматизированных систем в единое информационное пространство обеспечивает отказоустойчивая и высокоскоростная корпоративная сеть, построенная в виде «идеального» кольца (FDDI). Коммутаторы связаны в кольце оптоволокном, к ним подключены различные серверы разных локально-вычислительных сетей (ЛВС). Связь рабочих станций, расположенных в отделах, и сервера этих ЛВС осуществляется посредством сети Ethernet. Для межсетевого обмена данными используется протокол TCP/IP.
Далее рассмотрим более подробно существующую систему автоматизации одного из сортопрокатных цехов ОЭМК, а именно СПЦ-1. Интегрированная автоматизированная система управления СПЦ-1. Сортопрокатный цех №1 ОАО ОЭМК (крупносортно - заготовочный стан 700), введенный в эксплуатацию в 1987 году, представляет собой высоко механизированный и автоматизированный технологический комплекс (АТК).
Уровень механизации в цехе характеризуется практически полным отсутствием ручного труда, большинство производственных операций -технологических, транспортных, отбора и доставки проб, перестройки валков и др. полностью автоматизированы. Практически полностью автоматизированы операции управления нагревом, прокаткой, транспортировкой металла, осуществляется автоматизированное слежение за металлом в процессе его перемещения по цеху и т.п.
Разработка МАСППР по оценке эксплуатационной надежности СУ в рамках сортопрокатного цеха ОАО «ОЭМК»
Параметры надежного функционирования всех ТС определяются требованиями технических условий и стандартов [36,43,47,71]. Например, ПЛК должен сохранять работоспособность при следующих условиях:
В соответствии с перечисленными нормированными параметрами, определим состав диагностических параметров, которые косвенно характеризуют исчерпывание ресурса ПЛК и которые можно измерять в процессе эксплуатации контроллера: температура и относительная влажность воздуха, атмосферное давление, вибрации, напряжение питания, ток, потребляемый контроллером в дежурном режиме, сопротивление изоляции, уровень выходного сигнала (
На основании предложенного математического аппарата (п. 2.2 настоящего диссертационного исследования) и [77], получены оценки показателей надежности ПЛК (остаточный ресурс и вероятность безотказной работы) для различных моментов наработки, которые представлены в отчетных экранных формах агента-заказчика (приложение Д).
На рис. 4.10 представлены зависимости проектной и эксплуатационной оценок вероятности безотказной работы от времени для ПЛК и для функции F-14, в реализации которой участвует ПЛК.
Анализ полученных результатов позволяет убедиться в том, что эксплуатационная надежность, как элементов системы, так и отдельных функций увеличивается по сравнению с проектной надежностью начиная с 3000 часов наработки. Наличие запаса эксплуатационной надежности
Таким образом, учет и контроль целого ряда факторов, характеризующих реальные условия эксплуатации и оказывающих непосредственное влияние на исчерпывание ресурса аппаратной части СУ, позволит в режиме реального времени и более достоверно осуществлять оценку и прогноз показателей эксплуатационной надежности отдельных элементов системы, выполняемых функций и СУ в целом.
Выводы по главе 4
1. На основе предложенного метода построения МАСІ И IP по оценке эксплуатационной надежности СУ, была создана программная система, которая выполняет следующие функции: непрерывный сбор данных, поступающих с датчиков объектов, в реальном масштабе времени; выявление отклонений в работе ТС и сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы; оценка реального технического состояния как отдельных ТС, так и системы управления в целом по совокупности значимых параметров; оценка показателей надежности ТС, локальных подсистем, системы в целом с учетом реального технического состояния и условий эксплуатации.
2. Для программной реализации МАСІ 11 IP по оценке эксплуатационной надежности СУ выбран функциональный язык программирования общего назначения и среды исполнения - Erlang, который удовлетворяет требованиям, предъявляемым к языкам программирования ИА.
3. Разработана структура программной системы оценки эксплуатационной надежности СУ, которая построена по клиент-серверной архитектуре и включает в себя сервер БД и автоматизированное рабочее место, с расположенным на нем программным комплексом приема и обработки данных.
4. Разработано программное обеспечение, реализующее подключение к СУБД предприятия, реализованы модуль управления БЗ, конструктор системы, разработана база данных и база знаний МАСІ 11 IP.
5. Согласно предложенного ранее графа диалога пользователя с системой, разработаны удобные и простые в использовании формы ввода-вывода информации для работы с конструктором и агентом-заказчиком, что является составной частью задачи разработки интерфейса пользователя.
6. Для практической реализации разработанной системы была выбрана АСУТП печей нагрева в рамках сортопрокатного цеха ОАО «ОЭМК». Выбор обусловлен следующими факторами: так как существующая АСУТП нагрева заготовок устарела и не соответствует современным технологическим требованиям, необходима ее модернизация. Применение разработанной МАСПГТР по оценке эксплуатационной надежности может позволить оперативно получить достоверные значения таких показателей как остаточный ресурс, вероятность безотказной работы, что будет способствовать как более точному планированию сроков модернизации существующей АСУТП, так и полной выработке ресурса действующего оборудования.
7. В соответствии с предложенным методом построения (глава 2) и представленным составом и номенклатурой ТС существующей АСУТП печей нагрева, была разработана структурная модель МАСІ И IP по оценке эксплуатационной надежности аппаратной части системы.
8. Получены результаты расчета показателей надежности для отдельных функций АСУТП при нормированных условиях эксплуатации (проектные оценки) и эксплуатационные оценки тех же показателей, соответствующие реальным условиям эксплуатации.
9. Сравнительный анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что учет и контроль целого ряда факторов, характеризующих реальные условия эксплуатации и оказывающих непосредственное влияние на исчерпывание ресурса аппаратной части СУ, позволит в режиме реального времени и более достоверно осуществлять оценку и прогноз показателей эксплуатационной надежности отдельных элементов системы, выполняемых функций и СУ в целом.
