Повышение качества управления технологическими процессами производства на основе процедуры распределенного мониторинга объектов в режиме реального времени с применением инструментов трехмерного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Тихомиров, Василий Васильевич

• Тихомиров, Василий Васильевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тихомиров, Василий Васильевич

Глоссарий.

Введение.

Глава 1. Анализ проблем распределенного мониторинга объектов промышленного производства. Постановка задач исследования.

1.1 Основные характеристики и особенности мониторинга современного машиностроительного производства Тенденции построения программного обеспечения систем управления.

1.2 Обобщенная архитектура систем мониторинга производственных систем.

1.3 Обоснование построения распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства в режиме реального времени.

1.4 Постановка задачи исследования.

Глава 2. Разработка моделей распределенного мониторинга состояний производственного процесса.

2.1 Обобщенная модель исследования методов и целей контроля системы мониторинга.

2.2 Разработка структурных моделей распределенного мониторинга предприятий с учетом областей и типов производств.

2.3 Принципы классификации построения систем мониторинга производственных процессов.

2.4 Выводы по главе.

Глава 3. Методика интеграции системы мониторинга в структуре производственного процесса с использованием среды вСАВА.

3.1 Определение методов и средств интеграции системы распределенного производственного мониторинга на основе модели жизненного цикла компонентов интеграции.

3.2 Разработка средств визуализации мониторинга на основе трехмерной графики.

3.3 Методы обеспечения качества интеграции системы мониторинга производственных процессов.

3.4 Выводы по главе.

Глава 4. Способы реализации повышения качества управления производством на основе методов распределенного мониторинга с применением 3D моделирования.

4.1 Определение спецификаций для построения распределенного мониторинга, с использованием механизма системы SC ADA.

4.2 Построение единого исполняемого окружения компонентов мониторинга.

4.3 Встраивание системы визуализации типа 3D как подсистемы мониторинга производственных процессов.

4.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества управления технологическими процессами производства на основе процедуры распределенного мониторинга объектов в режиме реального времени с применением инструментов трехмерного моделирования»

С развитием промышленности и ростом производств, появилась необходимость повышения экономической эффективности бизнес-процессов по предоставлению услуг. Наряду со стремительным ростом их числа и сложности, заставляют уделять большое внимание совершенствованию принципов и механизмов контроля работоспособности оборудования, процедур реагирования на аварийные ситуации, стратегическому планированию деятельности предприятия на основе глубокого изучения и анализа результатов эксплуатации оборудования. Важной целью на этом направлении является существенное расширение качества и зоны контроля, повышение его достоверности и оперативности реагирования, что может быть достигнуто разработкой и применением средств и методов распределенного мониторинга всех уровней промышленного производства в режиме реального времени.

Достижению такой комплексной цели чрезвычайно способствует активное использование современных информационных технологий, программных и аппаратных средств во всех подразделениях, участвующих в эксплуатации, планировании и управлении. Однако построение целостного корпоративного решения на основе использующихся в настоящий момент частных систем контроля и управления оборудованием (различных типов и/или различных производителей) потребует значительных финансовых и временных усилий. Кроме того, многие элементы инфраструктуры предприятий могут находятся вне зоны автоматического контроля и не могут быть туда включены с помощью имеющихся средств.

Проведя анализ архитектуры существующих систем мониторинга технологического процесса различных фирм разработчиков (Siemens AG, Bosch, EES, INSYS), были выявлены следующие проблемы:

• наличие принципов и инструментов построения систем мониторинга, усложняющих проектирование, разработку и анализ при создании элементов системы с нуля или расширении ее возможностей;

• плохая масштабируемость систем, отсутствие набора единых интерфейсов, позволяющих произвести эффективную интеграцию дополнительных компонентов в состав системы; невозможность точного конфигурирования и настройки под конкретные задачи технологического процесса;

• ■ отсутствие единой обобщенной концепции интеграции компонентов от различных производителей;

Актуальность. В результате исследования было выявлено, что разрешить указанные недостатки и противоречия возможно в процессе развертывания и широкого использования распределенной; системы, мониторинга, в основе своей построенной? с учетом согласованных системных принципов и международных стандартов в. области? промышленного производства и информационных технологий:

Предлагаемое решение поставленной; задачи основывается на создании классификации подходов и разработке принципов; интеграции» системы мониторинга в SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition — системы интеграции устройств и получения данных) промышленных предприятий, в том числе и предприятий с филиалами в разных городах.

На данный момент большинство систем мониторинга имеют набор открытых интерфейсов, что позволяет безболезненно проводить их интеграцию в SCADA системы предприятий и их сети. Также интеграции позволит объединить в общей базе данных информацию из различных систем АСУ (Автоматизированная Система Управления) и АСУТП (Автоматизированная Система Управления Технологическим Процессом) предприятия; обеспечить расчет и диагностику необходимых технологических процессов предприятия, предоставить централизованный доступ всех служб предприятия к оперативной и архивной технологической информации из различных систем управления [5]. Это уменьшит стоимость проектирования, разработки и внедрения систем мониторинга, а также повысит качество промышленной системы в целом.

Целью диссертации является повышение качества управления технологическими процессами производства на основе системы распределенного мониторинга состояний объектов в режиме реального времени.

Объектом и предметом исследования в данной работе является анализ и разработка моделей и методов распределенного мониторинга технологического процесса, характеризующиеся построением распределенной системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.

Задачи исследования. Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

• анализ существующих систем распределенного мониторинга и разработка классификации критериев интеграции прикладных компонентов распределенных систем мониторинга реального времени;

• разработка архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства, как фактора повышения качества управления производственным процессом;

• разработка моделей распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства в режиме реального времени

• разработка методики интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды 8СМ)А;

• определение областей целесообразного применения процедур распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства на основе многофакторной классификации методов мониторинга с применением инструментов трехмерного моделирования;

• определение практической и экономической целесообразности применения разработанных в диссертации положений по оценке качества технологического процесса.

Научная новизна работы заключается в:

• разработке архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов автоматизированного производства в режиме реального времени, как фактора повышения качества управления производственным процессом;

• определение функциональных связей между объектами распределенного мониторинга, что позволяет настроить и сконфигурировать среду управления автоматизированным производством, достигнув требуемого повышения качества управления;

• разработке моделей и методики интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды БСАБА, как фактора повышения общей эффективности автоматизированного производства.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием соответствующих разделов теории управления, программного моделирования, основных положений принципов интеграции, технологии автоматизированных систем управления, а также средств визуализации и объектного построения.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты, в виде методики интеграции компонентов визуализации в программной среде БСАОА, позволяют снизить стоимость системы управления технологическим процессом, повысить его качество. При этом достигается ряд преимуществ: сокращение итогового времени проектирования и разработки программного обеспечения, упрощение интеграции компонентов визуализации, повышение качества отладки управляющих программ, гибкость конфигурирования интегрируемых компонентов системы. Разработанные в диссертации положения используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Апробация работы. Теоретические и практические результаты, полученные автором, докладывались на заседаниях кафедры «Компьютерные Системы управления» МГТУ «Станкин», на Международном форуме информатизации МФИ-2007 и международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 - в издании, включенном в перечень ВАК РФ, а также 2 издания по темам международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержит 158 страниц основного текста, 44 рисунков и 4 таблиц. Список литературы содержит 44 наименований, в том числе 7, опубликованных в Интернете.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Тихомиров, Василий Васильевич

Основные выводы и результаты работы

1. Решена задача повышения качества управления автоматизированным производством на основе создания моделей и методики организации архитектуры распределенного мониторинга состояний объектов электроэнергетической промышленности.

2. Установлены функциональные связи между объектами распределенного мониторинга, что позволяет настроить и сконфигурировать среду управления автоматизированным производством, достигнув требуемого повышения качества управления.

3. Предложена модель распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства в режиме реального времени, показывающая преимущества автоматизации производственного процесса.

4. Определена многоэтапная циклическая процедура интеграции системы распределенного мониторинга в структуру производственного процесса с применением среды БСАОА, как фактор повышения эффективности всей производственной системы.

5. Определены области целесообразного применения в электроэнергетике процедур распределенного мониторинга состояний объектов промышленного производства, на основе многофакторной классификации методов и принципов мониторинга с применением инструментов трехмерного моделирования.

6. Показаны практические и экономические результаты применения разработанных в диссертации положений по оценке качества технологического процесса в электроэнергетической промышленности. В частности, срок окупаемости разработанных компонентов мониторинга равен 1,5 годам.

7. Результаты данной работы могут быть рекомендованы для применения на предприятиях других прикладных областей, требующих улучшения качества управления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тихомиров, Василий Васильевич, 2009 год

1. ГОСТ 15467-79. Раздел «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения».

2. Катцель Д. Инвестиции в HMI отражают расширяющийся рынок // Control Engineering Россия, 2006. №1. С. 43-49.8. http://www.insapov.ru/automation.html интернет портал Рафаэль Инсапов, г. Москва.

3. МакКлеллан М. Применение MES систем // Издательство Saint Lucie Press. ISBN: 1574441353.10.http://www.adastra.ru/products/dev/scada/ сайт Adastra - разработчика SCADA систем и HMI консолей.

4. П.Фельдман Я.А. Создаем информационные системы: Разработка прикладных информационно-управляющих систем для предприятий, организаций и средней школы это просто! Изд. Солон-Пресс 2006, 119 стр. ISBN: 978-5-98003-256-2 ,

5. Шерешевский JI. Вопросы открытости SCADA-систем. "Мир компьютерной автоматизации", №4, 2003 г.

6. Шехтман М.Б. Модульная интегрированная SCADA "КРУГ-2000" -новые решения. "Промышленные АСУ и контроллеры". №2, 2004 г.

7. Н.Калядин А. Windows NT для встраиваемых приложений. Открытые системы. N 2(28) 1998. Стр.15-18

8. Черемисин А., Кобызев О. Linux реального времени. Открытые системы. №09-10 1999. Интернет версия http://www.osp.ru/os/1999/09-10/177813/

9. Сосонкин B.JL, Мартинов Г.М. Принципы построения систем ЧПУ с открытой архитектурой // Приборы и системы управления. 1996. №8, С. 18-21.

10. Microsoft Corporation. Анализ требований и создание архитектуры решений на основе Microsoft .NET. Учебный курс MCSD. Пер. с англ. под ред. Врублевского А.Р. Москва: Издательско-торговый дом «Русская Редакция»,2004.— 416 стр.: ил. ISBN 5-7502-0248-8.

11. TwinCAT Information System (Base). Открытый Интернет ресурс ftp://ftp.beckhoff.com/Software/TwinCAT/InfoSystem.19.http://www.mm-software.com/ сайт компании М&М Software GmbH -разработчика программнь1х решений в сфере автоматизации производства.

12. Сосонкин В. JL, Мартинов Г.М., Любимов А.Б. Интерпретация диалога в windows-интерфейсе систем управления // Приборы и системы управления. 1998. №12. С. 10-13.

13. Крачтен Ф. Введение в Rational Unified Process. 2-е издание. Изд. Вильяме 2002 г. 240 стр., с ил; ISBN 5-8459-0239-8, 0-201-70710-1

14. Бидли М., Швабер К. // Serum, Agile-разработка ПО. Издание Prentice Hall, осень 2001 года.

15. Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды. Изд. Логос, 2001 г. 356 с. ISBN 5-94010-043-0

16. Таненбаум Э. ван Стен М. Распределённые системы. Принципы и парадигмы. Спб. Изд. Питер, 2003 877 е.: ил. - (Серия «Классика computer science»). ISBN 5-272-00053-6

17. Николайчук О.И. Современные средства автоматизации: Практические решения Изд. Солон-Пресс 2006, 247 стр. ISBN: 978-5-98003-287-6

18. Уодтке К. Информационная архитектура: чертежи для сайта КУДИЦ-Образ, 2004 г., 320 стр. ISBN 0-7357-1250-6, 5-93378-081-2

19. Смит Ф. Цифровое производство набирает обороты // Control Engineering Россия, 2007 № 11. Интернет версия публикации: http://www.controlengrussia.com/nov07-3 .php4?art=l 594

20. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса ДМК, 2001, 416 стр. ISBN 5-94074-069-3

21. Торрес Р. Дж. Практическое руководство по проектированию и разработке пользовательского интерфейса 2002 г.: Вильяме: Серия института качества программного обеспечения, 400 стр., ISBN 5-84590367-Х

22. Макгрегор Д., Сайке Д. Тестирование объектно-ориентированногопрограммного обеспечения. Практическое пособие. Пер. с англ. К.:i

23. ООО «ТИД «ДС», 2002.-432 с. ISBN 996-7992-12-8

24. Капустин Н.М., Кузнецов П.М., Схиртладзе А.Г. и др. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. для втузов / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Высш. шк.,2004.—415 с: ил. ISBN 506-004583-8

25. Долганов И.Ю. Программируемые контроллеры SIMATIC S7/C7 // Автоматизация в промышленности. 2005. №4

26. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML: Руководство пользователя. СПб.: "Питер", 2004, 430 стр. ISBN 5-94074-260-2

27. Шикин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика. Полигональные модели. -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001.-464с.

28. Никулин Е.А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики. -СПб.: БХВ-Петербург, 2003. -560с.

29. Порев В.Н. Компьютерная графика. -СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -432с.

30. Тихомиров Ю. Программирование трехмерной графики. -СПб.: БХВ-Петербург, 2001*. -256с.

31. Томпсон H. Секреты программирования трехмерной графики для Windows 95: Пер. с англ. -СПб.: Питер, 1997. -352с.

32. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. -М.:Мир, 1989. 512с.

33. Колесников С. ИТ в промышленности Технологии и протоколы передачи данных в промышленности: Industrial Ethernet // Электронное издание газеты "Компьютер-Информ", СПб. 2008г.

34. Липаев В.В. Качество программных средств. Методические рекомендации. Под общей ред. проф., д.т.н. А.А.Полякова. М: Янус-К, 2002. 400 е., 47 илл.