Лекция 2: Системный подход к задаче автоматизированного проектирования технологического процесса

Общие сведения

Системный подход к задачам автоматизированного проектирования требует реализации совместного проектирования технологического процесса (ТП)и автоматизированной системы управления этим процессом (АСУТП).

Традиционное раздельное рассмотрение задач проектирования и производства изделий уже не удовлетворяет потребностям сегодняшнего дня, т.к. не может гарантировать ни высокого качества проектирования, ни надлежащего уровня организации производственных процессов, обеспечивающих их реализацию.

Однако именно в процессе проектирования порождается существенная часть информации, используемой для организации производства [7]. Появилось новое понятие: автоматизированный технологический комплекс (АТК).

При автоматизации технологический процесс рассматривается как технологический объект управления (ТОУ), который представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса производства. Управление ТОУ осуществляется с помощью автоматизированной системы управления (АСУТП), представляющей собой человеко-машинную систему управления, которая обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим процессом в соответствии с принятым критерием [3].

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУТП составляют автоматизированный технологический комплекс (АТК) [8].

Системный подход к проектированию АТК требует объединения проектирования технологических процессов и разработки автоматизированной системы управления этим процессом в соответствии со структурой АТК.

Если АТК рассматривать как систему "ТП—АСУТП", то на определенных этапах проектирования технологического процесса необходимо выполнение требований, предъявляемых к АСУТП. Это позволяет сократить сроки проектирования АТК и создать более эффективную систему.

Следовательно, проектирование АТК объединяет два направления проектирования: разработку ТП и АСУТП. Поскольку цель создания АТК— это управление некоторым сложным объектом, то следует различать управляемую и управляющую системы. Управляемой системой является технологический производственный комплекс, который является объектом управления. Управляющей является автоматизированная система управления.

АТК представляет собой сложную многоуровневую блочно-иерархическую систему с оптимизацией решений в каждом слое (рис. 1).

Сущность блочно-иерархического подхода заключается в расчленении объекта проектирования на уровни с постепенной детализацией представления системы сверху вниз. При этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками. Преимущество блочно-иерархического подхода состоит в том, что сложная задача большой размерности расчленяется на последовательно решаемые задачи малой размерности [4].

Рис. 1. Взаимодействие АТК с объектами управления

Системный подход к проектированию АТК требует учета следующих основных принципов:

• реализации совместного проектирования технологического процесса и разработки АСУТП этим процессом в соответствии со структурой АТК ;
• использования блочно-иерархического принципа, основанного на представлении АТК сложной системой;
• целенаправленности, т. е. в результате проектирования должна быть достигнута цель, включающая создание АТК с малой энергоемкостью и высокой производительностью.

Первый принцип требует, чтобы ряд отдельных операций выполнялся параллельно. Кроме того, на определенных этапах проектирования технологического процесса, как уже отмечалось ранее, к нему предъявляются требования АСУТП.

Второй принцип требует разбивать АТК как сложную систему на ряд элементов и подсистем.

Третий принцип требует организовать деятельность проектировщиков АТК в виде целенаправленных действий. При этом определяется сначала глобальная (общая) цель проектирования, например создание высокопроизводительного АТК с малой энергоемкостью. Эта цель уточняется и представляется в виде некоторых числовых соотношений. Затем задается влияние элементов и систем на глобальную цель проектирования, а также задач проектирования отдельных элементов и систем на общее проектирование АТК.

Такой анализ помогает установить частные цели проектирования, позволяющие достичь глобальной цели. При этом предполагается, что многокритериальная задача может быть свернута в однокритериальную с единственным критерием оптимизации.