Информационные технологии в металлургии

Информационные технологии в металлургии.

 

Понятие об информационных технологиях.

Технология:

1. в широком смысле – объем знаний, которые можно использовать для производства товаров и услуг из экономических ресурсов.
2. в узком смысле – способ преобразования вещества, энергии, информации в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, сборки готовых изделий, контроля качества, управления.

Технология (от греч. techne – искусство, мастерство, умение и lógos – слово, учение) – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции; научная дисциплина, изучающая физические, химические, механические и др. закономерности, действующие в технологических процессах.

Технологией называют также сами операции добычи, обработки, транспортировки, хранения, контроля, являющиеся частью общего производственного процесса.

Технология включает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами.

Информационная технология (ИТ) – совокупность методов, производственных и программно-технологических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод, распространение и использование информации на основе применения средств вычислительной техники.

Цель ИТ – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

ИТ включают два основных элемента – машинный и человеческий (социальный), причем последний выступает главным. Информационные технологии выступают средством превращения знаний в информационный ресурс общества.

Базовые информационные технологии – аппаратные (технические) средства, предназначенные для организации процесса переработки данных и для организации связи и передачи данных.

В качестве базовых информационных технологий выделяют:

компьютеры или вычислительные системы, представляющих собой совокупность аппаратных (технических) и программных средств, предназначенных для организации процесса переработки данных;

коммуникации и телекоммуникационные сети, представляющие собой совокупность аппаратных (технических) и программных средств, предназначенных для организации связи и передачи данных.

Классификация ИТ по типу обрабатываемой информации:

данные – СУБД, алгоритмические языки, табличные процессоры;

текст – текстовые процессоры и гипертекст;

графика – графические процессоры;

мультимедиа – обработка анимации, видеоизображения, звука.

знания – экспертные системы;

Существуют также интегрированные технологии, объединяющие различные виды информации.

Основные типовые информационные технологии:

• ИТ управления технологическими процессами (АСУ ТП);
• ИТ хранения данных, системы управления базами данных (СУБД);
• модельные системы поддержки принятия решений;
• ИТ передачи данных – вычислительные сети (компьютерные сети);
• ИТ экспертных систем – основаны на использовании искусственного интеллекта;
• ИТ автоматизированного проектирования (САПР).

Аппаратное и программное обеспечение технологических процессов.

Определяющими факторами успеха в промышленном производстве сегодня и в обозримом будущем являются уменьшение времени выхода продукции на рынок, снижение стоимости и повышение качества. Практическая реализация этих требований требует модернизации проектно-технологических и производственных процессов как в рамках отдельных предприятиях, так и в условиях "расширенного предприятия", объединяющего всех поставщиков, соисполнителей и участников проектирования и производства продукции. На сегодняшний день наиболее радикальным средством решения задач модернизации является внедрение интегрированных информационных технологий на базе использования современных средств вычислительной техники и сетевых решений. К числу наиболее эффективных технологий, дающих весомый выигрыш в короткие сроки, принадлежат системы автоматизированного проектирования, инженерного анализа и технологической подготовки (CAD/CAM/CAE-системы), системы управления проектными и инженерными данными предприятия (PDM-системы), системы управления предприятием (ERP).

Одной из характерных тенденций развития систем автоматического управления в металлургии является использование вычислительной техники - современных электронных вычислительных машин не только для сбора и преобразования информации, но и для непосредственного управления технологическими процессами и агрегатами. Такие системы управления получили название автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) – система, реализуемая на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники, обеспечивающая управление технологическим объектом на основе централизованно обработанной информации, по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим количественные и качественные результаты выработки продукта, и подготавливающая информацию для решения организационно-экономических задач.

Задачи, выполняемые в системе «технологический процесс – АСУТП», можно сформулировать следующим образом: по полученным данным о технологическом процессе составить прогноз хода технологического процесса и такой план управляющих воздействий, чтобы в определенный момент состояние технологического процесса отвечало некоторому экстремальному значению обобщенного критерия качества.

Автоматизированный технологический комплекс (АТК) – высокопроизводительная современная техническая система, представляющая совокупность автоматизированного технологического оборудования и высокоэффективных средств управления на базе ЭВМ.

В настоящее время технически реализуемый перечень управляющих и информационных функций, выполняемых автоматизированными системами управления, весьма велик и в общем виде сводится к следующим:

• управляющие – регулирование параметров технологического процесса, выполнение блокировок и защит, управление режимами технологического процесса и оптимальное управление процессом в целом;
• информационно-вычислительные – сбор, первичная обработка и хранение технической и технологической информации, сигнализация состояний параметров технологического процесса, расчеты технико-экономических и эксплуатационных показателей технологического процесса, подготовка информации для вышестоящих и смежных систем и уровней управления, диагностика и прогнозирование состояний комплекса технических средств АСУТП, оперативное отображение информации и рекомендаций ведения технологического процесса.

В зависимости от объема выполняемых функций существует ряд иерархических уровней управления промышленным предприятием, которые в совокупности осуществляют автоматизированные функции управления организационно-экономической и хозяйственно-производственной деятельностью предприятия на основе применения экономико-математических методов и ЭВМ.

1. Верхним уровнем управления является комплексная АСУП, реализованная в масштабе предприятия и его основных подразделений (подсистем).
2. Средним уровнем являются одна или несколько автоматизированных систем управления производственными процессами (АСУПП), входящих в качестве подсистем в комплексную АСУП и осуществляющих функции прямого оперативного управления производством.
3. Низовым уровнем являются отдельные АСУТП, которые входят в состав подсистем в АСУПП или непосредственно в АСУП.

В свою очередь в автоматических системах управления технологическими процессами (АСУТП) в зависимости от степени охвата технологических объектов и выполняемых функций также можно выделить ряд иерархических уровней:

1. Системы управления отдельными технологическими процессами (дискретными или непрерывными), операциями, работами. Выполняемые функции: изменение режимов и хода технологических операций, выработка и корректировка конечного состояния технологических операций с целью обеспечения требований качества.
2. Системы комплексного управления производством отдельных изделий с охватом комплекса технологических операций обработки, контроля, сборки. Выполняемые функции: изменение хода процесса в целом, его расчет и реализация, оперативное управление ходом производственного процесса на уровне участков и цехов (прохождение взаимосвязи процессов через узловые точки). Именно на этом уровне осуществляется взаимосвязь АСУП и АСУТП.

Если на уровне 1 выполняются, как правило, чисто технологические функции, то на уровне 2 выполняемые функции можно охарактеризовать как информационно-технологические. На всех уровнях АСУП реализуются еще и информационные и организационно-технологические функции.

Основными элементами АСУТП, обеспечивающими их функционирование, являются комплексы технических средств (техническое обеспечение), общесистемная техническая документация и эксплуатационный персонал.

Комплекс технических средств (КТС АСУТП) включает совокупность:

• вычислительных и управляющих устройств;
• устройств передачи сигналов и данных;
• датчиков сигналов и исполнительных устройств.

Классификация технических средств АСУТП приведена на рис. 2.

Для решения всех этих задач разрабатываются специальные промышленные компьютеры и операционные системы.

Контроллер – промышленный компьютер специального исполнения, предназначенный для управления технологическими объектами. Как правило, не имеет дисплея и клавиатуры.

Требования к программному обеспечению, используемому в промышленности:

• надежность ПО, управляющего технологическим оборудованием;
• системы реального времени – быстрое реагирование на внешние события или изменения в параметрах управляемых процессов;
• многозадачность – обусловлена сложной и многоуровневой природой управляемых процессов, когда необходимо одновременно реализовать алгоритмы управления различными подсистемами реального объекта.

 

Рис.2. Классификация технических средств АСУТП

 

Пакеты прикладных программ операторских станций – отображение технологического процесса в виде мнемосхем, сигнализация об аварийных ситуациях, обеспечение общего управления процессом со стороны оператора-технолога.

Пример аппаратно-программного комплекса операторских станций – система SIMATIC WinCC фирмы Siemens для мониторинга технологических процессов. Другие пакеты этого класса: GENESIS (США), BASEstar (США).

Пакеты прикладных программ управления производством (стандарт ERP). Предназначены для управления крупными предприятиями. Создаются на основе корпоративных информационных систем. Свойства ERP системы:

• интегрированность – охватывает все основные сферы деятельности предприятия;
• гибкость и настраиваемость на особенности работы конкретного предприятия;
• наличие технологий внедрения.

Примеры ERP систем: MTMS, Oracle Applications и др.

Базы и банки данных.

База данных – это именованная совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, не зависимая от прикладных программ.

Банк данных – хранилище информации по определенной теме. Может включать базы данных, базы знаний, экспертные системы.

Объекты и отношения.

Модель данных – концепция, принятая для описания данных, формализованное описание организации данных,.

Модели данных:

• Сетевая модель данных – естественным образом представляет отношение объектов реального мира.
• Иерархическая модель данных – данные представляются в виде совокупности деревьев. Низлежащие ярусы раскрывают свойства объектов, лежащих на верхних ярусах. Сетевая модель данных может быть разложена на иерархические структуры.
• Реляционная модель данных – наиболее абстрактная модель, ориентированная на интересы пользователя. Получается путем дальнейшей формализации иерархической модели. Все связи между объектами задаются путем явной фиксации идентификаторов объектов в записях. Информационная избыточность на логическом уровне максимальна.
• Объектно-ориентированная модель – строящаяся на объектах и имеющая все их особенности, например, наследование.

Система управления базой данных (СУБД) – комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания, сопровождения и использования баз данных.

Система базы данных – система аппаратно-программых средств, предназначенная для манипулирования данными и обеспечения пользователям доступа к данным.

Основные компоненты системы баз данных:

• данные (БД);
• аппаратное обеспечение;
• программное обеспечение (СУБД);
• прикладные программы, конечные пользователи.