Автореферат (1152183), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Функциональная схема и математическая модель системыавтоматического управления технологической линией горячего копчения рыбы сприменением универсального ПАК.4. Алгоритм разработки универсального ПАК, функционирующего в составеИАСУ предприятием.Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученныхрезультатов подтверждается использованием методов системного анализа и теориипринятия решений, экспериментальными исследованиями технологических иобеспечивающих процессов, проведенными в производственных условияхООО «РИФ», а также обеспечивается совпадением расчетных данных ирезультатов экспериментов.Основные результаты диссертационного исследования докладывались на 5научно-практических конференциях и семинарах: XI научно-практическаяконференция с международным участием «Живые системы» (Москва, 2013);Вторая Всероссийская научно-методическая конференция «Современныетехнологии непрерывного обучения школа-вуз» (Воронеж, 2015); ХХXIVМеждународная научно-практическая конференция «Перспективы развитияинформационных технологий» (Новосибирск, 2017); ІІ Международная научнопрактическая конференция «Информационная безопасность и компьютерныетехнологии» (Украина, г.
Кропивницкий, 2017); XXI Международная научнопрактическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении»(Санкт-Петербург, 2017).Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано13 работ, в том числе 5 статей в журналах, рецензируемых и рекомендованныхВАК, и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав,заключения, списка литературы, списка сокращений, списка публикаций по темедиссертации и четырех приложений. Общий объем диссертации 212 страниц, 49иллюстраций, 8 таблиц. Список литературы включает 129 наименований.6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, определеныцель и задачи исследования, показаны научная новизна исследования ипрактическая значимость полученных результатов.В первой главе «Литературный обзор и анализ проблем автоматизацииуправления рыбоперерабатывающими предприятиями» проведен анализпроизводства рыбоперерабатывающего предприятия как объекта автоматизации сразработкой соответствующих структурно-функциональных моделей (рисунок 1).Рисунок 1 – Структурно-функциональная модель предприятияПредставленаклассификацияпроцессовпредприятияпищевойпромышленности, в качестве примера производственно-технологическогопроцесса в составе системы комплексной автоматизации рассмотренаавтоматизация процесса горячего копчения рыбы.
В качестве примераобеспечивающего процесса рассмотрена система контроля и управления доступом.Проведен анализ существующих систем управления и ПАК автоматизациипроизводственно-технологических и обеспечивающих процессов. Выявленынедостатки и проблемы существующих ПАК, в том числе связанные свзаимодействием в режиме реального времени с вышестоящей ИАСУ.На основании обозначенных недостатков и подходов к их устранениюпредложены варианты комплексной автоматизации рыбоперерабатывающегопредприятия и сделана постановка задачи создания ИАСУ.Во второй главе «Анализ и синтез интегрированной автоматизированнойсистемы управления» по результатам анализа производства на базе методологииобщесистемного проектирования В.О.
Новицкого представлен алгоритмпроектирования ИАСУ (рисунок 2). Алгоритм построен по принципу постепенной7формализации от абстрактных моделей к структурированным и состоит изследующих этапов.Диаграммы IDEF0(AS IS)Структура целейДиаграммы USE CASEКритерииАспектыПоказателиДиаграмма причинноследственных связейКонцептуальнаятеоретикомножественнаяоператорная модельВыявление «узкихмест» (актуальныхрешаемых задач)Стратегическиекарты (системасбалансированныхпоказателей)Теоретико-множественнаяматематическая модельБизнес-процессы внотации BPMNСУБД (er-модель)СервераприложенийИнтерфейсыРисунок 2 – Алгоритм проектирования ИАСУНа уровне абстрактной модели проводится изучение и анализ взаимосвязейсистемы, выявляются проблемы и предлагаются варианты их устранения:изучается предметная область, проектируются диаграммы вариантовиспользования Use Case, структурно-функциональные модели в нотации IDEF0«как есть»; определяются элементы системы и выполняется их параметризация; сучетом структурно-функциональных моделей разрабатывается структура целейИАСУ (главная цель – подцели – задачи – функции – операции), на основаниикоторой разрабатываются диаграммы причинно-следственных связей истратегические карты по методике системы сбалансированных показателей; послевыявления узких мест системы, определения критериев и разнесения их по четыремаспектам (клиенты, финансы, внутренние бизнес-процессы, обучение и развитие)алгоритмом предусмотрено построение моделей бизнес-процессов в нотацииBPMN 2.0 с последующей разработкой бизнес-логики, ER-моделей СУБД,серверов приложений и программного обеспечения клиентских интерфейсов.На основании разработанной структуры целей определен перечень групппараметров, представляющих собой элементы диаграммы причинно-следственныхсвязей (ДПСС в нотации SDCM) ИАСУ предприятия в виде каузальной граф8модели, элементы которой связаны и составляют замкнутые контурыкибернетического управления с положительными и отрицательными связями.Элементы ДПСС (рисунок 3) являются множествами входных элементоввозмущений ( ), управлений (), состояний ( ) и целевых выходов ().Рисунок 3 – Диаграмма причинно-следственных связей ИАСУВозмущения (статус, престиж, конкурентоспособность предприятияпищевой промышленности; количество социально-значимой выпускаемойпродукции; количество коммерческой продукции; объем инновационнойдеятельности; разброс качества сырья; требования к квалификации персонала,материальнойбазе,качествупроизводственно-технологическихиобеспечивающих процессов): = � , = 1, �, = 1, .Управления (функциональность ИАСУ, электронной образовательной среды9(ЭОС), системы контроля и управления доступом (СКУД); заработная плата;квалификация и количество персонала; условия для НИОКР; уровеньрегламентированности и управления качеством процессов; уровень материальнотехнической базы; связи с вузами пищевого профиля, количество базовых кафедр): = � , = 1, �, = 1, .Состояния (финансовые затраты; доля инноваций в производственнотехнологических и обеспечивающих процессах; количество рутинных операций;оборотные средства): = � , = 1, �, = 1, .Целевыевыходы(качествовыпускаемойпродукции; качествопроизводственно-технологических и обеспечивающих процессов): = � , = 1, �, = 1, .Каждый контур представляет собой логическую подсистему управления.Наличие в контуре связи с задержкой по времени свидетельствует об увеличениигоризонта управления T.Анализ ДПСС показывает, что имеются 11 усиливающих и 8компенсирующих контуров, что позволяет говорить о работоспособности даннойкибернетической системы регулирования.
На основе проведенного анализа ДПССпостроена концептуальная структурно-динамическая модель ИАСУ предприятия иопределены задачи оперативного, тактического и стратегического управления.Концептуальная структурно-динамическая модель ИАСУ предприятия втеоретико-множественном представлении (декартово произведение множеств)состоит из операторов µ состояний С и операторов η целевых выходов(результатов) Y, где Т – упорядоченное множество значений времени , на которыхопределяются C и Y. X = {V, U} – входные элементы – множества параметроввозмущений и управлений, также зависящие от времени ∈ .Тактическое и стратегическое управление на горизонте 2 ∈ :1 : 2 × 2 → 1 (качество выпускаемой продукции);(качество2 : {2 , 7 , 3 , 5 , 1 , 4 , 5 , 2 , 1 , 4 , 3 , 6 } × 2 → 2производственно-технологических и обеспечивающих процессов);1 : {3 , 2 , 3 , 5 , 5 , 2 , 1 , 6 , 1 , } × 2 → 1 (финансовые затраты);(доляинновацийв2 : {2 , 3 , 5 , 5 , 2 , 1 , 6 , 4 , 1 , } × 2 → 2производственно-технологических и обеспечивающих процессах);Оперативное управление на горизонте 1 ∈ , 1 ⊂ 2 :3 : 1 × 1 → 3 (количество рутинных операций);4 : {1 , 3 , 1 , 6 , 4 } × 1 → 4 (оборотные средства).Задачи оперативного управления: Снижение количества рутинных операцийза счет роста функциональности ИАСУ, универсального ПАК, ЭОС, СКУД., 1 ∈ 1 .
Параметрами управления являютсяЦелевая функция: 3 → 1технические и экономические показатели ИАСУ, ПАК, ЭОС, СКУД.Задачи тактического и стратегического управления: 1. Увеличение объемаНИОКР (за счет создания более привлекательных условий для исполнителей) сцелью повышения количества оборотных средств. 2.
Обеспечение требуемого10уровня квалификации персонала за счет регламентации и управления качествомпроизводственно-технологическихиобеспечивающихпроцессовприинформационной поддержке и контроле со стороны ИАСУ, включая ПАК и СКУД.3. Обеспечение требуемого качества выпускаемой продукции при минимизациизатрат на производственно-технологические и обеспечивающие процессы.4. Обеспечение баланса между конкурирующими расходами на заработную плату,уровень материально-технической базы, функциональность ИАСУ, ПАК, ЭОС,СКУД. Возникает также обратная задача определения целесообразности этихрасходов при помощи обратных связей соответствующих контуров управления.Дальнейшая реализация алгоритма представлена разработанными на основеДПСС стратегическими картами, эшелонированными по компонентам ИАСУпредприятия (рисунок 4).Продукция и клиентыСтратегическая карта ССП для предприятия пищевой промышленностиСредневзвешенныйуровень качествавыпускаемой пищевойпродукцииУдельный объемвыпускаемойпродукцииОбъемы производстваи процессовФинансыОбучение и развитиеВнутренние бизнес-процессыКоличество ошибок иотклонений втехнологическихпроцессахИндекс объективностиоценки качестваИсключение ошибоктехнологических иобеспечивающихпроцессахПовышение уровнятехнологическихпроцессовПовышениескоростиконтроля качествапродукцииПроценттеоретической частитехнологическихпроизводственныхпроцессов в ЭОСКоличествоошибочных действийСредняя скоростьпрохождениялогистическихмаршрутовУдельное числоперсонала покатегориямПовышение уровняквалификации персоналаВыделяемые средствана единицу продукцииСнижениенеоправданныхзатратКоличество единицвыпускаемой продукции вразрезе видовКоличество брака,возвратовПовышение уровняприменения системыменеджмента качеством, втом числе HACCPКоличество контрольныхточекПовышение уровняразработки техническихусловий, регламентовКоличество документовПовышение уровняавтоматизации учета,контроля и принятиярешенийКоличество операций всистеме за один деньПрименениесистемы контролядоступаПовышение уровня итехнологичностипроцессовПовышение уровнялогистикиУдельный объемнеоплаченных услугУдельные затраты наединицу продукцииУвеличениефункционала ЭОССнижениеКоличества рутинныхоперацийПроцент посетителей сэлектроннымпропусками, продукциис метками RFIDКоличество видоввыпускаемой продукцииПовышение объемовпроизводства и процессовУвеличениеколичествавыпускаемойпродукцииВремя оценки качестваединицы продукцииПроцентпользователей ИИСУсреди персонала ируководстваРейтинг предприятияпищевой промышленностиОбеспечение выпуска пищевойпродукции заданного качества приминимизации себестоимостиПроцент работников,имеющих сертификатыHACCPУровеньрегламентированностидеятельностиУдельные затраты временина ведениедокументооборотаУдельное число рутинныхоперацийКоличество процессов наединицу персоналаСредний балл работниковпри прохожденииаттестаций, повышенияквалификацииПроцент работников,вовлеченных в инновацииПовышениеобъемапривлекаемыхсредствПовышение уровняматериальнотехнической базыУдельный объеминвестиционногофинансированияПроцент технологическихи обеспечивающихпроцессов с современным иинновационнымоснащениемРисунок 4 – Стратегическая карта системы сбалансированных показателей11На основании комплекса критериев управления разработаны графическое итекстовое описания бизнес-процессов в нотации BPMN 2.0: функции поисполнителям, информационные потоки с декомпозицией от общего к частному навсех уровнях детализации.Алгоритм одного из процессов (процесса горячего копчения) «как должнобыть» приведен на рисунке 5 и при последующей декомпозиции являетсяпостановкой задачи для слоя бизнес-логики и основой для создания базы данных,интерфейса системы, а также интеграции входящих в нее подсистем.Рисунок 5 – Процесс горячего копчения рыбы в нотации BPMN 2.0Разработанные модели BPMN проанализированы на предмет интеграцииподсистем ИАСУ с учетом их взаимосвязей, по результатам чего при помощисемантического моделирования разработаны модели сущность-связь (ER-модели)в нотации Баркера.Для территориально распределенного рыбоперерабатывающего предприятия(на примере ООО «РИФ») разработаны техническая и функциональнаяархитектуры ИАСУ.В третьей главе «Разработка универсального программно-аппаратногокомплекса для интегрированной автоматизированной системы управления» порезультатам изучения существующих современных патентов разработанафункциональная схема автоматизации процесса горячего копчения рыбы на основеразрабатываемого универсального ПАК, в котором управление осуществляетсяпосредством программного пакета, исполняемого на единой мини-ЭВМ(рисунок 6).12Рисунок 6 – Функциональная схема автоматизации процесса горячего копчениярыбы: 1 – подсушка, 2 – проварка, 3 – копчение, 4 – охлаждение; 5 – компрессор;6 – конденсатор; 7 – вентиль; 8,9 – испаритель; 10 – теплообменник; 11 – сборникконденсата; 12 – ТЭН; 13,14,16,17 – вентилятор, 15 – насос; 18-22 –движение рыбы;23,24,31,35-38,41 – движение воздуха; 25-29 – движение пара; 30 – опилки;32-34 – дым; 39 – хладагент; 40 – конденсат; 42,49-55,62,65 – датчик расхода;43-46,56,60,64,69 – датчик влажности; 47-48,58,63,66-68 – датчик температуры;57,61 – датчик концентрации; 59 – датчик разрежения; 70 – датчик давления;71 – датчик уровня конденсата; 72,73 – переключатель; 74 – микропроцессор;75-94, 97-99 – исполнительные механизмы; 95 – парогенератор; 96 – клапан;100 – форсунка; А-Ю, а-ч входные и выходные каналы управления.Процесс состоит из четырех последовательных стадий (подсушка, проварка,копчение, охлаждение) и представляет собой управляемую систему непрерывногодействия13= (, ),(1)1где = � ⋮ � – вектор состояний, состоящий из 15 технологически значимыхпараметров: температура, влажность, расход воздуха при подсушке рыбы;давление хладагента; температура, влажность, расход воздуха при охлаждениирыбы; температура, влажность, оптическая плотность, расход дыма при копчении;влажность рыбы после подсушки, проварки, копчения; температура в камере1охлаждения; = � ⋮ � – вектор управляющих воздействий, состоящий из 10технологически значимых исполнительных приводов: вентилятора воздуха наподсушку (93), компрессора для охлаждения и подсушки (79), вентиляторасистемы охлаждения (92), ТЭНа дымогенератора (99), механизма подачи воды вдымогенератор (98), механизма подачи опилок (86), вентилятора подачи дыма вкоптильную камеру (97), вентилятора рециркуляции/удаления дыма (91), вентилязабора свежего воздуха (94), вентиля забора воздуха в дымогенератор (87);(, )ϵ Ω – ограниченное замкнутое множество.При действии программного управления = () и исходном начальномсостоянии (0 ) = 0 существует желаемый режим работы(2) = (, 0 ) = ()Даже при условии точного определения программного управляющеговоздействия = (), обеспечивающего при заданном начальном состоянии(0 ) = 0 желаемый режим работы процесса горячего копчения = (), вдействительности такого поведения не может существовать, посколькуневозможно идеально точно обеспечить выполнение начального условия:(3)(0 ) = 0 ≠ 0Есть много других причин того, что реальное поведение системы(4) = (, 0 ) = () ≠ (, 0 ) = ()отличается от заданного вследствие неучтенных внешних воздействий :неточность моделирования, неточность определения программного управления(как правило, оно определяется численно, вследствие чего появляетсявычислительная погрешность), погрешность реализации программного управленияна исполнительных устройствах и пр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
