Применение информационных систем и технологий в планировании на примере задачи оптимального производства деталей

 

2.2 Локальные вычислительные сети

 

Устройства  обработки,  передачи и хранения в ЛВС располагаются друг  от друга на расстоянии до нескольких километров, т.  е. в пределах одного или группы зданий. Взаимодействие устройств  ЛВС осуществляется по единому каналу связи (моноканалу), обеспечивающему высокую скорость передачи информации  (до 10-15 Мбит/с).  В сеть могут объединяться ЭВМ как одних типов (однородные сети) или разных типов  (неоднородные сети),  так и разной производительности. Однородные сети проще и дешевле, так как для их создания требуются относительно простое оборудование и программное обеспечение,  не требующие большого  числа типов средств  сопряжения.  Это  значит,  что такие сети создать проще и дешевле.

ЛВС являются  в настоящее время универсальной  базой современной индустрии  обработки информации и  характеризуются  большим  разнообразием  методов  построения любых видов информации. Концепция локальных сетей ЭВМ  является одной из самых полезных системных концепций, возникших  в результате длительных научных  исследований и прогресса в области  микроэлектроники.

ЛВС позволяет  небольшим предприятиям воспользоваться  возможностью  объединения персональных,  микро- и мини-ЭВМ в единую вычислительную сеть,  а крупным предприятиям -  освободить  вычислительный  центр от некоторых функций по обработке информации  "цехового  значения" и обеспечить их решение в цехе,  отделе.  Кроме того, эксплуатация сети одним заказчиком позволит упростить решение вопроса о закрытии информации. Использование ЛВС дает  высокий экономический эффект. Например, создание сквозного маршрута проектирования микропроцессоров на  базе  ЛВС позволило уменьшить сроки разработки  на  35 %  и одновременно снизить стоимость на 48 %. При этом специалисты - разработчики могут находиться на  своих  рабочих  местах и вести совместное проектирование с  использованием  абонентских   средств. "Узкие" места  изделия  определяются при проектировании, что позволило сократить объем работ при доводке  изделия до промышленного образца в 2 раза. Одновременно обеспечивается автоматизация разработки документации. По своей архитектуре (структуре) ЛВС являются упрощенным вариантом архитектуры региональных  и  глобальных сетей ЭВМ и могут создаваться на базе любых ЭВМ.

Существуют  три вида структуры ЛВС, которые  изображены на рисунках 2, 3, 4.

Рисунок 2 – Структура «звезда»

 

Рисунок 3 – Структура «кольцо»

Рисунок 4 – Структура «общая шина»

 

Внедрение ЛВС доступно  массовому  пользователю  и позволяет создать в организациях и учреждениях распределенные вычислительные мощности и базы данных, информационно-поисковые  и справочные службы,  объединить в единую систему автоматизированные рабочие места,  печатающие  и  копирующие устройства,  графопостроители, кассовые аппараты и т. д. ЛВС позволяют  повысить надежность обработки информации благодаря дублированию ресурсов сети, обеспечить редактирование писем, справок, отчетов, осуществить обмен документами  без распечатки их на бумажном носителе, вести бухгалтерский и складской учет,  осуществить управление роботами, машинами, станками, передачи информации в заданное время,  использовать систему приоритетов, направлять  циркулярные распоряжения всем,  некоторым, или одному подразделению организации, проводить телесовещания.

По мере развития ЛВС можно изменить  ее  конфигурацию, объединить  с  другими  ЛВС  (например  на  крупном предприятии или объединении),  подключить ЛВС к региональной вычислительной  сети,  что позволит реализовать интегрированные автоматизированные  системы   управления (АСУ). На  определенном  этапе развития ЛВС может стать безбумажным бюро,  в котором информация записывается  на магнитные диски,  ленты с возможностью при необходимости получения твердой копии и ее размножения,  а также, наоборот, получения машинных носителей с твердой копии.

Из всего  многообразия ЛВС условно  можно  разделить на четыре группы:

1) ориентированные  на массового потребителя и  строящиеся, в основном, на базе  персональных ЭВМ;

2) включающие,  кроме персональных ЭВМ, микро-ЭВМ  и микропроцессоры, встроенные  в средства автоматизированного  проектирования и разработки  документальной  информации, электронной  почты;

3) построенные  на базе микропроцессорных средств,  микро- и мини-ЭВМ и ЭВМ средней производительности;

4) создаваемые  на базе всех типов ЭВМ,  включая высокопроизводительные.

Первые  из них применяются в учебных  процессах, торговле, мелких и средних  учреждениях, вторые - в системах автоматизированного  проектирования   и   конструирования (САПР), третьи  -  в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ),  управления сложными производственными  процессами  и  гибких автоматизированных производствах, четвертые - в системах управления  крупным  производством, отраслью.

Внедрение локальных  вычислительных  сетей   окажет серьезное влияние  на организацию  производства,  где информационно-управляющие  системы будут связаны с  автоматизированными  технологическими  системами.  Одновременно ЛВС, ориентированные на автоматизацию  основных направлений деятельности  предприятий,  могут  быть  связаны  с системами обработки информации объединений, главков, министерств.

При этом будет значительно повышена скорость обмена информацией на всех уровнях  управления,  т.е. будет создана  иерархическая сеть обмена информацией.

При решении  вопроса о создании ЛВС должно быть проведено обследование объекта  автоматизации  и  определены количество и тип устройств,  включаемых в  сеть,  условия эксплуатации сети,  расстояния между объектами сети, интенсивность потока данных, максимальная скорость передачи данных, необходимость  обеспечения приоритетности обслуживания абонентов  сети,  максимальное  время ожидания для оператора  рабочей станции,  необходимость  реализации режима диалога,  должна ли данная ЛВС соединяться с другой ЛВС или региональной сетью ЭВМ,  какие задачи  будут решаться с помощью ЛВС,  какими должны быть уровень надежности и время восстановления работоспособности после выхода какого-либо  компонента сети из строя,  необходимость расширения или изменения конфигурации сети в будущем, затраты на  создание  и эксплуатацию сети и другие параметры.

 

2.3 Структура локальных вычислительных сетей

 

Структура ЛВС должна четко соответствовать  организационной структуре объекта  автоматизации и его информационным связям,  а  также учитывать  полный спектр проблем, связанных с  ее использованием в течение периодов  максимальной нагрузки.  Это  значит,  что  на  каждую ЛВС для конкретного  объекта необходимо иметь проектную  документацию, ориентированную на промышленные технические и программные средства.

Для решения  проблемы массового внедрения локальных  сетей ЭВМ промышленными министерствами в соответствии с единой нормативной  документацией и ГОСТ должен быть создан ряд комплексов технических  и программных средств для  ЛВС, ориентированных  на разное максимальное число подключаемых к сети узлов  и скорость передачи  информации с технико-экономическими характеристиками на уровне лучших образцов и обеспечена поставка их потребителям как комплектных изделий производственно-технического назначения.

При этом должны быть разработаны средства  сопряжения с  ЛВС  широкой  номенклатуры средств вычислительной техники, имеющейся  у потребителей и планируемой  к освоению в производстве. Наиболее реальным направлением решения этой проблемы является организация выпуска  специализированных СБИС.

Решение указанных проблем безусловно окажет серьезное влияние на эффективность всего народного хозяйства.

Как известно,  главными системными применениями вычислительной техники являются автоматизированные системы управления экономико-организационного типа (ОАСУ, АСУП и т.п.) системы автоматизации  проектирования и конструирования (САПР),  информационно-поисковые  системы и системы управления сложными   технологическими  процессами  (АСУ ТП).

Остановимся кратко на последних (по перечислению, а не по важности) системах,  так как они дают наибольший социальный и экономический эффект.

Сегодня технологические процессы постоянно  усложняются, а  агрегаты,  реализующие  их,  делаются все более мощными. Например,  в энергетике  действуют  энергоблоки мощностью 1000-1500 МВт, установки  первичной переработки нефти  пропускают до 6 млн.  т. сырья в  год, работают доменные печи  объемом  3.5-5 тыс.  кубометров,  создаются  гибко-перестраиваемые производственные  системы  в  машиностроении.

Человек не может уследить за работой таких  агрегатов и  технологических  комплексов и тогда на помощь ему  приходит АСУ ТП.  В АСУ ТП за  работой  технологического комплекса  следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и  толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (температуру  подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно выдают сигналы,  меняющиеся в соответствии с измеряемыми параметрами (аналоговые сигналы), в устройство связи с объектом (УСО) ЭВМ.  В УСО сигналы преобразуются в цифровую форму и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной.

ЭВМ сравнивает полученную от датчиков информацию с  заданными результатами  работы  агрегата  и вырабатывает управляющие  сигналы, которую через другую часть  УСО поступают на регулирующие органы агрегата.  Например, если датчики  подали сигнал, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст  соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки на требуемое расстояние.

Системы, в  которых  управление ходом процесса осуществляется подобно сказанному  выше  без  вмешательства человека, называются автоматическими.  Однако,  когда не известны точные законы управления человек вынужден брать управление (определение управляющих сигналов)  на себя (такие системы называются автоматизированными).  В этом случае ЭВМ представляет оператору всю необходимую информацию для управления технологическим процессом при помощи дисплеев,  на  которых данные  могут высвечиваться в цифровом виде или в виде диаграмм,  характеризующих ход процесса, могут быть представлены и технологические схемы объекта с указанием состояния его частей.  ЭВМ может также "подсказать"  оператору некоторые возможные решения.

Чем сложнее  объект управления,  тем производительнее, надежнее, требуется для АСУ ТП вычислительная машина. Чтобы  избежать все увеличивающегося наращивания мощности ЭВМ сложные системы стали строить  по  иерархическому принципу. Как правило, в сложный технологический комплекс входит несколько относительно автономных  агрегатов, например,  в  энергоблок  тепловой электростанции входит парогенератор (котел),  турбина и  электрогенератор. В  иерархической системе для каждой составной части создается своя локальная система управления, как правило, автоматическая на базе микропроцессорной техники. Теперь, чтобы все части работали как единый энергоблок, необходимо скоординировать работу локальных систем.  Это осуществляется ЭВМ, устанавливаемой на пульте управления блоком. Для этого уже потребуется небольшая вычислительная машина.

Перспективные АСУ ТП имеют ряд характерных  признаков. Прежде всего, это автоматические  системы,  осуществляющие автоматическое  управление  рабочим  режимом,  а также пуском и остановом  оборудования (режимами,  на которые  при  ручном управлении приходится наибольшее число аварийных ситуаций из-за ошибок операторов).

В системах предусматривается оптимизация  управления ходом процесса по выбранным  критериям.  Например,  можно задать такие параметры процесса, при  которых стоимость себестоимость  продукции  будет  минимальной,  или, при необходимости,  настроить  агрегат на максимум производительности, не считаясь с некоторым увеличением  расхода сырья и энергоресурсов на единицу продукции.

Системы должны быть адаптивными,  т.е.  иметь  возможность изменять  ход процесса при изменении характеристик  исходных материалов или состояния  оборудования.

Одним из  важнейших свойств АСУ ТП является обеспечение безаварийной  работы   сложного   технологического комплекса. Для  этого в АСУ ТП предусматривается  возможность диагностирования технологического оборудования. На основе показаний  датчиков  система  определяет  текущее состояние агрегатов  и тенденции к аварийным ситуациям  и может дать команду на ведение облегченного режима работы или остановку вообще.  При этом  оператору  представляют данные о характере и местоположении аварийных участков.

Таким образом, АСУ ТП обеспечивают лучшее использование  ресурсов производства, повышение производительности труда,  экономию сырья, материалов и энергоресурсов исключение тяжелых  аварийных ситуаций, увеличение межремонтных периодов работы оборудования. Вот  несколько примеров.

АСУ ТП электролиза  алюминия  позволяет  экономить  примерно 250 кВт-ч.  электроэнергии на каждую тонну выплавленного металла. Этой энергии достаточно, для питания всех электроприборов в двухкомнатной квартире в течение месяца.