Введение к работе
Актуальность проблемы. Автоматизированные системы информационного мониторинга (СИМ) производственных процессов составляют на сегодняшний день основу для работы с большими объемами технологической и управленческой информации на сложных промышленных производствах Создание СИМ для сложных технологических производств и предприятий с повышенным риском является одним из основных средств повышения безопасности работы на таких объектах и служит более эффективному управлению ими С ростом сложности производства увеличивается и численность оперативного персонала, осуществляющего контроль и обслуживание оборудования Например, на производстве по утилизации химического оружия персонал должен оперативно отслеживать множество параметров от программ измерения и контроля, от датчико-преобразующей аппаратуры, от программируемых логических контроллеров до каналов обмена информацией между контроллерами и целевыми компьютерами, от промышленных компьютеров-сборщиков технологической информации, от других клиентов локальной вычислительной сети, из канала обмена информацией с системой верхнего уровня Все это требует значительной нагрузки на оперативный персонал
Важную роль в успешном выполнении функций информационной поддержки играет человеческий фактор Повышение уровня автоматизации, связанного с развитием систем поддержки принятия решений в комплексных СИМ в значительной степени повлияло на участие человека-оператора в управлении такими объектами
Современное технологическое производство с точки зрения информационного мониторинга характеризуется в первую очередь большим количеством контролируемых параметров и управляющих воздействий, большинство из которых автоматически отслеживается и задается СИМ в ходе работы технологического процесса При обычном протекании технологического процесса роль человека - диспетчера сводится, как правило, к пассивному наблюдению за состоянием объекта и минимальному
вмешательству в его управление Однако существует значительное количество особых режимов работы, когда роль диспетчера в управлении становится основной Такие режимы характеризуются, прежде всего, относительно простыми последовательностями дискретных шагов - операций, требующих интерактивного общения с оператором (такие режимы работы называются переходными или шаговыми) Это могут быть, например, режимы запуска или останова технологического процесса, вывод оборудования в резерв или подключение дополнительного оборудования На каждом шаге такого режима оператор вынужден, руководствуясь информацией о текущем состоянии объекта управления, его предыстории и исходя из своего предыдущего опыта работы, принимать решение по выбору того или иного управления, иногда за очень ограниченное время Особенно это касается аварийных нештатных ситуаций При одновременном выполнении на объекте управления множества взаимодействующих дискретных режимов человеку, осуществляющему общий мониторинг, необходимо контролировать весь протекающий процесс (процессы) в целом, а не только состояния отдельных его частей или исполнительных механизмов Для решения этой задачи и разрабатываются комплексные СИМ, обеспечивающие показания от датчиков по отдельным параметрам до интегральной оценки всего состояния всего объекта управления в целом
В связи с вышеизложенным, актуальной является проблема создания системы комплексной информационной поддержки работы производства как основы построения СИМ нового поколения, свободной от перечисленных недостатков и ориентированной на интеграцию в единую систему управления предприятием
Цель диссертационной работы состоит в разработке методики комплексной информационной поддержки работы производства как основы построения системы информационного мониторинга нового поколения, ориентированной на интеграцию в единую систему управления предприятием
Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи
проведен анализ применение СИМ с использованием современных математических и инструментальных средств для организации методики комплексного мониторинга за состоянием объекта,
разработаны требования к методики комплексного мониторинга за состоянием объекта, предполагающей как оперативно-диспетчерское управление, так и супервизорное управление техническим состоянием объекта автоматизации,
разработаны событийные модели объектов мониторинга, начиная от мониторинга отдельными механизмами на нижнем уровне и заканчивая супервизорными задачами верхнего уровня для всего объекта в целом, создание поддерживающего данные модели эффективного интерфейса оператора в СИМ с возможностью представления на экране дискретных процессов большой размерности (с большим числом операций) в удобной для визуальной обработки форме (иерархическое представление в виде диаграмм),
разработаны методики построения на основе данных моделей прототипа СИМ, как инструмента для информационного обеспечения оперативного персонала и профильных специалистов
Объектом исследования является промышленные предприятия, проводящие автоматизацию управления производственных процессов
Предметом исследования являются методы и методики построения системы информационного мониторинга для поддержки принятия решений по управлению производственных процессов
Методология исследования. Теоретическую и методологическую базу исследования составляет системный подход к моделированию сложных промышленных производств
В ходе проведения исследований использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области математического программирования и методов управления предприятиями
При решении конкретных задач были использованы элементы теории вероятностей, математической статистики, теории конечных автоматов, теории графов, методах системного и прикладного программирования
В качестве источников были взяты материалы научной периодики, конференций и семинаров
Диссертационная работа по своему содержанию соответствует пункту 1 Паспорта специальности 05 25 05 информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики
Наиболее существенные научные результаты, полученные в диссертации:
-
Проведен анализ действий оператора по управлению сложных промышленными объектами, связанных с одновременной работой множества взаимодействующих дискретных процессов, на основе которого были сформулированы требования к разработке методики проектирования диспетчерского управления и ПО СИМ
-
Обоснован выбор методологии OFM для проектирования СИМ, с помощью которой удобно и просто представлять иерархическую структуру процессов вплоть до отдельных операций
-
Предложена концепция информационных контуров (ИК), параллельно функционирующих на разных уровнях производства, которая позволяет анализировать совместно все участвующие в «работе» контура функции на полноту, непротиворечивость и эффективность
4 Показано, что основным преимуществом разрабатываемой СИМ
является развитая система визуализации модели объекта как набора данных в
виде всевозможных мнемосхем с аппликацией динамики, построения трендов
любых параметров с привязкой к реальному времени, ведение архива
параметров, событий и отчетности
5 Разработаны основные базовые решения для контура управления
безопасностью такие, как
- событийное моделирование ИК как совокупности моделей динамики параметров потока (массы, объема, энергии, кинетики и т д) и моделей, характеризующих структурные свойства процесса и потока событий, связанных с подготовкой, запуском, выполнением и завершением (гашением) процесса,
набор событийных моделей, включая модель агрегата, модель технологического процесса и модель структуры производства технологическую сеть, достаточные для имитации структуры и поведения потоковой технологии,
схема мониторинга информационных потоков на основе событийного моделирования, в которой вся функциональность СИМ направлена на обслуживание запросов моделей процессов, т е на обеспечение выполнения динамики их жизненных циклов
6 Организация работы системы через ИК, информационные потоки в технологической сети и структурирование все информации по процессам открывают качественно новые возможности анализа параметров продуктов и характера использования ресурсов - не просто по времени, как это делается в традиционных СИМ, а в привязке к конкретным технологическим процессам, что создает предпосылки для реализации комплексного мониторинга процессов на промышленном объекте
-
Реализован прототип СИМ для интерфейса оператора с помощью методики объектно-ориентированного проектирования, которая является эффективным средством, позволяющим в любое время расширять и модифицировать ПО системы Это особенно важно для объектов, где смена технологии выполнения процессов влечет смену или модификацию операторского интерфейса
-
Экспериментальное исследование СИМ по обеспечению безопасности производства ОУХО показало, что оно позволяет сбалансировать оснащение технологии, административных процессов обслуживания оборудования и ликвидации последствий нежелательных инцидентов, процессов обеспечения безопасности, средствами автоматизации и тем самым создает реальную основу предотвращения возникновения аварийных ситуаций
Научная новизна работы заключается в
разработке новой интегрированной методики формирования информационного обеспечения для системы мониторинга на основе событийных графических моделей элементов технологического объекта
управления, включая модели агрегатов, технологических процессов и сценариев поведения всего объекта Причем динамика поведения этих моделей задается жизненными циклами - конечными автоматами специального вида,
- построении на основе предложенных моделей комплексной СИМ, решающей задачи мониторинга на всех уровнях управления производственной структуры объекта
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена убедительной аргументацией постановок задач, корректным обоснованием и анализом моделей, наглядностью интерпретаций формальных построений
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные модели, механизмы, базовые основы концепции СИМ создают методологическую базу для совершенствования действующих систем управления базами данных (СУБД) и создания новых СУБД, путем включения в них соответствующего программного обеспечения для оперативно-диспетчерского и супервизорного мониторинга состоянием объекта автоматизации
Внедрение и апробация работы. Результаты диссертационной работы использовались предприятием «РОСТ» при моделировании одного из возможных вариантов подсистемы СИМ, с целью выработки рекомендаций по безопасности производства по уничтожению химического оружия Локальный контроль и управление производственным оборудованием участка осуществлялось с рабочих мест оператора, выполненных на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров, укомплектованных необходимым оборудованием с возможностью включения в единую вычислительную сеть
С помощью разработанной автором методики объектно-ориентированного проектирования был реализован прототип СИМ для интерфейса оператора в рамках мониторинга сложным промышленным объектом Данная методика является эффективным средством, позволяющим в любое время расширять и модифицировать ПО системы
Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на следующих конференциях и семинарах I и II Международной НІЖ «Информатизация и глобализация социально-экономических процессов» (Москва, ВННИПВТИ, 2006г, 2007г), 9-й Международной НТК «Проблемы регионального и муниципального управления» (Москва, РГГУ, 2007), 10-й Международной НПК «Комплексная защита информации» (Москва-Минск, ВНИИПВТИ, 2006), МФТИ, РГГУ и ВНИИПВТИ
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научные статьи Объем и содержание работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, общим объемом 114 страницы
