5.2. СТРУКТУРА ГПС КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

5.2.1. Обобщенная структура и виды обеспечения ГПС

В радиоэлектронной промышленности преобладают дискретно-непре­рывные и дискретные технологические процессы. Структурная схема ATM представлена на рис. 5.1. Здесь ИУ - исполнительные устройства управления

 

 

 

ния; УИ — устройства измерения; /— вектор неуправляющих невозмущен­ных входов; у — вектор измеряемых выходов; z — вектор управляемых выходов; ТП - АСУ ТП. В этом случае управление ТП реализуется в виде управляемого технологического комплекса (УТК), обеспечивающего физическую реализуемость управления в собственном контуре управления (КУ) с учетом взаимных требований УТК и КУ. При управлении применяет­ся блочно-иерархический подход, основанный на представлении ATM как сложной системы. Структура управляемой ГПС для последовательного ТП изображена на рис. 5.2. Здесь N — число технологических операций в ГПС;

ч                                            *                                          1                                     1

                       

Рис. 5.2. Структура управления ГПС для последовательной схемы техноло­гического процесса

УУ', У О' — устройства управления и оценки /-го уровня управления.

Блочно-иерархический подход позволяет разбить сложную задачу управления ГПС на ряд более простых задач управле­ния элементами ГПС с последующей координацией результатов управле­ния элементами в единую систему. К элементам ГПС относятся техноло­гические операции, различные измерительные (датчики давления, темпе­ратуры, состава и т.п.) и исполнительные устройства (двигатели, смесите­ли и т. п.), устройства сопряжения (АЦП, коммутаторы и т. д.), а также ал­горитмическая часть устройств управления и оценки, реализуемые на ЭВМ. На каждом уровне представления АТК используется свой математический аппарат, поэтому важным является разработка единых алгоритмов связи.

Задачи, выполняемые управляющей системой, можно разбить на зада­чи по управлению технологическим оборудованием и на задачи информа­ционного обеспечения всех уровней управления комплексом. Если в нас­тоящее время при изготовлении РЭА автоматизация основных производственных операций не представляет принципиальных трудностей, то объеди­нение отдельных автоматизированных операций в единый комплекс с одно­временной автоматизацией транспортных операций — актуальная задача повышения эффективности производства.

Возрастающая роль задач учета и контроля качества приводит к повы­шению значимости оперативной информации, ее оптимальной обработки и выработки рекомендации по корректировке работы технологического комплекса.

Каждая технологическая операция характеризуется влиянием большого числа случайных факторов, таких как изменение физических и химических характеристик исходных материалов, геометрических размеров, физичес­ких параметров окружающей среды и др., вследствие чего выходные пара­метры радиоэлектронных элементов или отдельных технологических опера­ций имеют разброс относительно заданных проектных параметров. Для уче­та разброса параметров при управлении производством МЭА широко ис­пользуются статистические методы.

Таким образом, для ГПС наиболее важны задачи анализа возможностей обеспечения требуемых проектно-технологических параметров, проведения статистического анализа точности технологического процесса по степени стабильности значений параметров и их разбросу, статистического контроля качества готовой продукции.

Система управления АТК должна обеспечивать взаимодействие алгорит­мов управления отдельными технологическими операциями с задачами уче­та и контроля качества всего технологического процесса производства МЭА в целом. Основа такого взаимодействия — развитая информационно-управляющая система, состав которой во многом определяется типом производимых МЭА.

Общеотраслевые руководящие методические материалы регламентируют в каждой автоматизированной системе следующие виды обеспечения: I техническое,     математическое,   программное,   ин­формационное,     лингвистическое,    организационное    и    юридическое    (см. [25]).

Т.е хническое обеспечение рассматривает ГПС как комп­лекс технических средств. В состав комплекса обычно входят ЭВМ, кана­лы связи, терминальные устройства для ввода-вывода информации о теку­щих параметрах ТП, а также устройства, реализующие управляющие воз­действия на технологический процесс.

Математическое обеспечение включает в себя мате­матические (формальные) модели, методы и законы управления и т.п.

К программному обеспечению относят описание ал­горитмов в терминах системы команд управляющей ЭВМ.

К информационному обеспечению относят систему организации данных, циркулирующих в ГПС. Информационное обеспе­чение часто разделяют на внутреннее (организация данных в памяти ЭВМ) и внешнее информационное обеспечение (организация данных, циркули­рующих между терминалом вычислительного комплекса и ЛПР).

Регламентация функций персонала в ГПС приводит к регламентации организационных правил, определяющих деятельность человека в ГПС. Эти правила оговаривают, кто, когда и какую работу должен выполнить. Сово­купность вышеназванных правил составляет предмет организацион­ного обеспечения.

Юридическое обеспечение регламентирует вопросы юри­дического обоснования принимаемых решений и распределения ответствен­ности между персоналом ГПС.

Для описания различных видов обеспечения ГПС и их взаимосвязи на начальных этапах проектирования удобно использовать иконографические (топологические) модели, отображающие различные структурные аспекты ГПС.

Использование методологии системного анализа при управлении ГПС требует особое внимание уделять анализу всех видов структур системы. Так как ГПС представляет собой, как правило, иерархическую систему управления, то организационная структура ГПС должна отражать иерар­хию соподчиненности элементов.

Если в качестве прообраза ГПС рассматривать автоматизированную систему управления цехом, то полный ансамбль функций, решаемых АСУ ГПС, можно охарактеризовать структурой (рис. 5.3) [18,25].

Рис. 5.3. Задачи, решаемые АСУ ГПС

Подсистема "Технология". Она включает в себя локальное автомати­зированное управление отдельными технологическими процессами. Локаль­ные АСУ ТП осуществляют автоматический контроль, регулирование от­дельных параметров технологического процесса и управление простейши­ми операциями. Эта же подсистема координирует все технологические процессы комплекса. Взаимная увязка и согласование отдельных процес­сов производится на базе математических моделей процессов и существую­щих технологических связей между отдельными операциями. Возмож­ность учета конкретных данных о качестве сырья и продукции, об усло­виях, при которых протекает технологический процесс (температура, давление, скорость и т. д.), позволяет проводить перестройку технологи­ческого процесса оптимальным образом.

Подсистема "Качество". Она выполняет функцию автоматической отбраковки отдельных элементов и узлов РЭА, а также конечной продук­ции. Информация, полученная в этой подсистеме, может быть использо­вана для формирования различного рода информационного сопровождения продукции в виде автопечатаемых паспортов, бирок, сертификатов и т.д.

Подсистема "Оборудование". Она предназначена для решения таких за­дач, как составление планов ремонта и планов-графиков остановки обору­дования на ремонт и модернизацию, а также задачи комплектации парка за­пасных частей. Эти задачи решаются оцениванием состояния оборудования, определяющегося частично использованием информации от подсистемы "Технология", а частично — от датчиков состояния оборудования. В силу того, что износоустойчивость различных деталей оборудования неодинакр-ва и при остановке одних технологических процессов могут происходить зависимые простои других процессов, представляется целесообразным минимизировать простои оборудования обоснованностью планирования деятельности межремонтных кампаний. В качестве критерия оптимизации используют минимум потерь на ремонтах за счет простоя оборудования и стоимости ремонтов.

Подсистема "Организационное управление", Она приобретает важную роль в ГПС, решая задачи как календарного (квартального, месячного, недельного) планирования, так и оперативного управления всем комплек­сом, что позволяет ЛПР быстро анализировать ситуацию в критических слу­чаях, прогнозировать последствия различных принимаемых решений, про­водить имитационные эксперименты и выбирать наилучшие решения. Эта подсистема должна вести непрерывную обработку информации, поступаю­щей со всех технологических процессов, выполнять функции контроля действия оборудования, вызова наладчиков и операторов, исполнителей (механиков, электриков и т. д.), а также агрегировать и передавать необ­ходимую информацию на вышестоящий уровень иерархии.

Подсистема "Экономика". Она должна осуществлять функцию опера­тивного и календарного технико-экономического анализа, учет расходов материалов и энергии, затрат на обслуживание ГПС, формирование норма­тивов, ведение бухгалтерских дел и т. п.

Анализируя функциональную структуру ГПС, проектировщик комп­лекса выявляет и классифицирует существенные параметры, характеризую­щие технологические процессы, что позволяет уже на ранних этапах проек­тирования выявить взаимосвязи между параметрами и при исследовании структуры управляющей системы делает ее анализ более эффективным.

Технологическая реализация ГПС, т. е. объединение устройств управле­ния, контроля и вычислительной техники друг с другом и с технологичес­ким оборудованием с помощью проводов, кабелей, шин или каким-либо другим способом, представляет физическую структуру системы. Основой реализации физической структуры ГПС являются технические средства: вычислительные и системные периферийные устройства; устройства связи с технологическими процессами; устройства передачи данных; мулыисис-темные средства.

Вычислительные устройства (процессор, внешние и внутренние запоминающие устройства) обеспечивают вычислительный процесс и связь с программистом. Запоминающие устройства реализуются на магнитных лентах и дисках, кассетах, обеспечивающих работоспособ­ность всего комплекса в условиях функционирования промышленных объектов.

Системные периферийные устройства включают перфоленточные и перфокарточные устройства ввода-вывода, алфавитно-цифровые печатаю­щие устройства (АЦПУ), применяемые для формирования выходных до­кументов, алфавитно-цифровые дисплеи, необходимые для оперативного обмена данными между человеком и ЭВМ, таймеры с широким диапазо­ном отсчета времени, информационные пульты, предназначенные для об­мена информацией между операторами ТП и ЭВМ, а также специальное технологическое оборудование (как датчики, так и исполнительные элемен­ты) , подключаемое непосредственно к ЭВМ через преобразователи или специальные устройства сопряжения.

Особая роль в комплексе технических средств принадлежит средствам получения, сбора и информирования данных о параметрах технологичес­ких процессов. К этой группе технических средств относятся различные датчики, усилители, модуляторы, измерительные преобразователи, комму­таторы аналоговых и дискретных сигналов, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т. д. Конкретный набор технических средств ГПС зависит от конкретных типов технологических процессов, пбдлежа-щих автоматизации.

Подсистема связи, объединяющая технические средства ГПС в единое целое, включает в себя: селекторные каналы, к которым подключаются быстродействующие внешние устройства (внешняя память); мультиплек­сные каналы, к которым подключаются терминальные устройства, модемы (модуляторы-демодуляторы), используемые для обмена данными с отдель­ными терминалами.

Для реализации алгоритмов взаимодействия всего комплекса техни­ческих средств все основные компоненты (процессор, модули оператив­ной памяти, каналы ввода-вывода, устройства управления периферийны­ми устройствами и т. п.) соединяются с помощью интерфейсов связи.

Под интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппа-\ ратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реали-| зации алгоритма взаимодействия различных функциональных устройств \ в автоматических устройствах обработки информации. —    Интерфейс характеризуется функциональными, электрическими и кон­структивными параметрами, которые    стандартизуются.   Стандартизации в интерфейсе обычно подлежат: форматы передаваемой информации; ко­манды и состояние; состав и типы линий связи; алгоритм функционирова­ния;   передающие и приемные электронные схемы;   параметры сигналов и требования к ним.

В общем случае можно выделить следующие типы интерфейсов (рис. 5.4): интерфейсы оперативных запоминающих устройств А, процессор-канал ввода-вывода В, интерфейс ввода-вывода С, малые интерфейсы периферийных устройств D, базовые интерфейсы периферийных аппара­тов Е.

Можно отметить, что интерфейсы А к В являются внутренними и стан-

 

                               Рис. 5.4. Интерфейсы в ГПС

дартизуются. Из-за использования в АТК периферийных устройств различ­ного типа и необходимости реализации различных видов связи между устройствами управления и технологическими процессами интерфейсы обычно различны.

Важную роль в процессах управления АТК играют взаимодействия информационных структур. Данная структура должна отражать потоки условно-постоянной и оперативной информации с их сложной взаимо­связью, обусловленной интеграцией задач производственного и технологи­ческого управления. Информация в ГПС включает в себя данные о текущих состояниях управляемых процессов и технологического оборудования. о наличии людских и материальных ресурсов, о выполнении плановых зада­ний и т. д. Для эффективного управления процессом производства необ­ходимо обеспечить своевременную обработку получаемых данных по гиб­ким программам, поскольку ГПС должна обладать временем реакции, сравнимым с постоянными времени управляемых процессов. В связи с этим необходима системная организация данных, которые образуют еди­ную для всех систему — банк данных ГПС.

Непосредственный анализ данных, применяемых в управлении, позво­ляет спроектировать сеть терминалов, обеспечивающих обмен информа­цией между технологическим процессом и автоматизированным управляю­щим комплексом и передачу команд управления к местам их использо­вания: