Реферат: Технология и автоматизация производства РЭА

     - величины  конструкторского допуска на первичные конструкционные

материалы,  определяющие вероятность выхода годных изделий при той или

иной точности изготовления;

     - вид и параметры распределения плотности вероятности  показателя

качества  изделия,  также определяющие вероятность выхода годных изде-

лий;

     - технологическая точность (точность изготовления), определяющая

затраты на производство изделия при заданной структуре ТП;

     - вид  и параметры распределения плотности вероятности показателя

качества.

     Проблема минимизации  технологической себестоимости годного изде-

лия должна рассматриваться как комплексная, ее решение включает в себя

взаимосвязанное   рассмотрение  системотехнических,  схемотехнических,

конструкторских и технологических задач проектирования.

     Таким образом,  под  технологической  оптимизацией будем понимать

взаимосвязанный выбор схемотехнической (топологической) реализации из-

делия,  номинальных значений его конструкционных параметров и техноло-

гической точности при заданных ограничениях  по  критерию  минимальной

технологической себестоимости годного изделия. Технологическая оптими-

зация ведется на базе результатов параметрического синтеза  устройства

и синтеза ТП.  (Параметрический синтез характеризуется жесткой страте-

гией получения единственного квазиоптимального варианта ТС,  где выяв-

ляются связи параметров системы с критериями качества,  т.е. величина-

ми,  однозначно связанными с качеством системы, которые образуют опти-

мизационную модель).

     Объектом технологической оптимизации являются схемотехнические  и

топологические  решения  устройства,  при  синтезе  которых оптимально

удовлетворены требования обеспечения заданных  эксплуатационных  пара-

метров,  найдены допустимые отклонения электрических и конструкционных

параметров от их номинальных значений и ТП их изготовления. При техно-

логической оптимизации необходимы:

     - оценка вероятности выхода годных изделий,  учитывающая, что оп-

                                - 31 -

тимизируется единая система с взаимно влияющими параметрами  (условной

вероятностью);

     - поиск такого сочетания конструкционных параметров,  чтобы веро-

ятность выхода годных была максимальна.

     Если решена первая задача,  то на основе этого для решения второй

можно использовать стандартные методы оптимизации.

     Основой алгоритма  в этом случае является циклическое определение

соответствия всех электрических параметров полям допусков при  случай-

ных  выборах  значений  конструкционных  параметров.  Массив  значений

конструкционных параметров формируется также,  как в методе  статисти-

ческих  испытаний  с  использованием датчика случайных чисел при учете

корреляции между параметрами. Законы распределения конструкционных па-

раметров принимаются гауссовскими.

     Для каждой реализации массива значений конструкционных параметров

последовательно  рассчитываются  значения  электрических  параметров и

сравниваются с допустимыми отклонениями.  При несоответствии  значения

параметра  полю  допуска  расчет  для данной реализации прекращается и

формируется следующая реализация.  Та, при которой удовлетворены огра-

ничения  на  все электрические параметры,  регистрируется,  после чего

цикл повторяется для следующей реализации.  Соотношение  общего  числа

реализаций и реализаций, удовлетворяющих всем наложенным ограничениям,

рассматривается как условная вероятность выхода годных.

     При изменяемом  ТП  минимум технологической себестоимости годного

изделия достигается взаимосвязанным выбором номинальных  значений  его

конструкционных параметров, технологической точности и структуры ТП.

     Выделим 3 наиболее общих случая:

     1. Устойчивый и стабильный ТП целенаправленно изменяется по  точ-

ности без изменения структуры за счет изменения точности операций;

     2. ТП целенаправленно изменяется по структуре и точности, остава-

ясь устойчивым и стабильным;

     3. ТП неустойчив за счет наличия систематических  погрешностей  и

подлежит периодической корректировке.

     Для отыскания  условий  оптимума  во  всех трех случаях приемлемы

стандартные методы оптимизации. Для первых двух случаев задача оптими-

зации  формулируется одинаково:  Пусть Y - вектор номинальных значений

управляемых эксплуатационных параметров,  s - вектор их средне-квадра-

тичных отклонений. Минимизируемой (целевой) функцией является техноло-

гическая себестоимость годного изделия,  критерием оптимальности -  ее

условный  минимум minC 4t 0(Y,s) при выполнении ограничений:  YcYP,  YcYD;

scsP, где: YP - область работоспособности, YD - допустимая область, sP

- область реализуемых среднеквадратичных отклонений.

     Для случая 3 в целевую функцию включается T 4k 0 - время до корректи-

ровки ТП,  т.о.  целевая функция имеет вид C 4t 0(Y,s,T 4k 0)  при  неизменном

критерии  оптимальности  -  условном минимуме целевой функции в случае

выполнения помимо трех указанных  и  четвертого  ограничения  T 4тп 0>T 4k 0>0

(T 4тп 0 - время,  в течение которого функционирует ТП). Выбор точности ТП

без изменения его структуры связан с выбором технологического оборудо-

вания  по  показателя  точности,  выбором точности поддержания режимов

технологических операций и методов обеспечения этой  точности.  В  ре-

зультате точность ТП связана с величиной технологической себестоимости

и определяет вероятность выхода годных изделий.  Таким образом целевая

функция имеет вид:  C 4t 0=C 4t 0(s)/P 4y 0(Y,s) 76 0min (6),  где:  C 4t 0(s) - себестои-

мость изготовления партии изделий, P 4y 0(Y,s) - вероятность выхода годных

изделий.

     В общем случае в процессе технологической оптимизации варьируется

точность выполнения отдельных операций в зависимости от выбора  техно-

логического оборудования и методов обеспечения этой точности.

     Все перечисленные выше изменения должны быть взаимосвязаны,  т.е.

                                - 32 -

решение задачи в рамках автономных систем автоматизированного проекти-

рования  конструкций (САПРК) и систем автоматизированного проектирова-

ния технологических процессов (САПРТП) не представляется возможным.

         1.10. Основные принципы автоматизации производства.

     В своем развитии автоматизация производства прошла несколько ста-

дий, которые сменяли друг друга.  В то же время, они могут применяться

одновременно и применяются сейчас на различных  предприятиях  и  типах

производств. Рассмотрим их последовательно.

     1.10.1. Понятие системы автоматического регулирования (САР)

     САР являются  первым  уровнем  (иногда  единственным) большинства

систем автоматического и автоматизированного управления.  Часто их еще

называют системами локального регулирования.  Основное их назначение -

это поддержание параметров технологического процесса в заданных преде-

лах или изменение их по заданному закону. Они широко применяются в тех

случаях, когда существует один управляющий параметр и один контролиру-

емый  параметр,  на который он влияет.  Например,  в лабораторной печи

контролируется температура и нагрев осуществляется с помощью  электри-

ческой спирали.  Регулировать температуру можно за счет изменения тока

или напряжения на спирали.

     Обычно САР применяются там, где регулирование ведется в достаточ-

но узких  пределах,  при выходе системы за эти пределы САР отключают и

переходят на ручное управление или управление от АСУТП.

     Иногда в  одной системе используется несколько САР для управления

системой по нескольким каналам вход-выход.

      1.10.2. Понятие информационно-измерительной системы (ИИС)

     ИИС, или как их еще называют системы  централизованного  контроля

(СЦК), исторически появились первыми и широко применяются до сих пор в

тех  производствах,  где  технологические  процессы   высокостабильны,

устойчивы  к  внешним  воздействиям,  а управляющие воздействия сложно

формализуемы. Например, ИИС широко применяются в энергетике.

     Как следует из названия,  основной задачей ИИС является централи-

зованный сбор информации о ходе технологического процесса (опрос  дат-

чиков), обработка ее и выдача в виде удобном для дальнейшего использо-

вания.

        1.10.3. Понятие автоматизированной системы управления

                  технологическим процессом (АСУТП)

     АСУТП предназначена  для  автоматического сбора информации о ходе

технологического процесса,  обработки ее,  выработки управляющих  воз-

действий  для  его  корректировки  и диалога с оператором-технологом в

случае значительных нарушений технологических режимов,  подготовки от-

четных документов. Составной частью АСУТП является ИИС.

     В настоящее время АСУТП широко применяются в промышленности, осо-

бенно там,  где выполняются сложные технологические процессы с большим

количеством контролируемых параметров  и  управляющих  воздействий,  с

целью разгрузки оператора от рутинной работы и сосредоточения его вни-

мания на тех случаях, когда требуется его вмешательство.

     Автоматизированные системы управления технологическими процессами

отличаются  от систем автоматического управления (регулирования) более

широким диапазоном автоматизируемых функций управления. АСУТП выполня-

ют следующие основные функции:  централизованного контроля, определяют

                                - 33 -

оптимальный технологический режим,  удовлетворяющий выбранному  крите-

рию; формируют и реализуют управляющие воздействия, обеспечивающие ве-

дение оптимального режима;  корректируют математическую модель объекта

при изменениях на объекте; рассчитывают и регистрируют текущие и обоб-

щенные технологические и экономические показатели;  оперативно распре-

деляют материальные потоки и энергию между технологическими агрегатами

и участками;  оперативно распределяют вспомогательные механизмы и  ре-

монтные средства;  оперативно корректируют суточные и сменные плановые

задания по выпуску продукции.

     Перечисленные функции  могут быть реализованы,  как правило,  при

использовании ЭВМ.  Поэтому наличие ЭВМ в контуре управления процессом

считается одной из отличительных черт АСУТП.  В зависимости от способа

включения ЭВМ в контур управления можно  выделить  пять  разных  типов

структур АСУТП, различающихся характером функций управления.

     1. ЭВМ в режиме сбора информации.  Параметры технологических про-

цессов, измеренные датчиками, преобразуются в цифровую форму средства-

ми сопряжения и вводятся в ЭВМ.  После обработки в ЭВМ оперативная ин-

формация  о ходе процесса поступает на средства отображения технологи-

ческих параметров;  статистическая информация, предназначенная для ре-

гистрации, а также вычисленные экономические и технологические показа-

тели печатаются в виде документа. Системы сбора и обработки данных вы-

полняют в основном те же функции, что и систем централизованного конт-

роля,  и являются более высокой ступенью их организации. Такие системы

используются  при управлении технологическими и производственными про-

цессами в тех случаях,  когда существуют причины, по которым определе-

ние  технологического  режима  и  формирование управляющих воздействий

должны выполнять люди.

     2. ЭВМ  в режиме советчика.  В таких системах кроме сбора и обра-

ботки информации выполняются следующие функции: определение рациональ-

ного  технологического  режима по отдельным технологическим параметрам

или всему процессу в целом;  определение  управляющих  воздействий  по

всем или отдельным управляемым переменным процесса; определение значе-

ний уставок локальных регуляторов. В системах-советчиках данные о тех-

нологическом  режиме и управляющих воздействиях поступают через средс-

тва отображения информации в форме рекомендаций оператору, который мо-

жет принять или отвергнуть их. Решение оператора основывается на собс-

твенном понимании хода технологического процесса  и  опыте  управления

им.  В  одних  случаях вычисления управляющих воздействий производятся

всякий раз, когда фиксируется отклонение параметров процесса от задан-

ного технологического режима. Процесс вычисления инициируется програм-

мой-диспетчером,  которая содержит подпрограмму анализа состояния про-

цесса.  В  других  случаях  вычисления инициируются оператором в форме

запроса.  Системы-советчики применяются в тех случаях, когда требуется

осторожный подход к решениям,  выработанным формальными методами,  что

связано с неопределенностью  в  математическом  описании  управляемого

процесса.  Неопределенность может выражаться в следующем:

     - математическая модель  недостаточно  полно  описывает  процесс,

т.к. связывает лишь часть управляющих и управляемых переменных процес-

са;

     - математическая модель адекватна процессу лишь в узком интервале

изменения технологических параметров;

     - математическая  модель процесса слишком сложна для реализации в

составе АСУТП;

     - расчеты  по математической модели не могут быть выполнены в ре-

альном времени;

     - критерии  управления  носят качественный характер и существенно

изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

     Неопределенность описаний может быть вынужденной, отражающей пло-

                                - 34 -

хую изученность сложного процесса,  так  и  преднамеренной,  вызванной

тем,  что  реализация  полной  и  адекватной модели требует применения

крупной дорогостоящей ЭВМ,  что в данном случае экономически не оправ-

дывается.

     3. ЭВМ в режиме супервизорного управления. АСУТП, функционирующая

в  режиме супервизорного управления,  представляет собой двухуровневую

иерархическую систему.  Нижний уровень,  непосредственно  связанный  с

процессом, образуют локальные регуляторы отдельных технологических па-

раметров. На верхнем уровне управления установлена ЭВМ, основной функ-

цией которой является определение оптимального технологического режима

и вычисление на его основе  значений  уставок  локальных  регуляторов.

Входной информацией для вычисления уставок являются значения некоторых

управляемых параметров, измеряемые датчиками регуляторов и контролиру-

емые  параметры состояния процесса,  измеряемые датчиками.  Оператор с

пульта управления имеет возможность вводить дополнительную информацию,

в  частности,  изменять ограничения на управляемые и управляющие пере-

менные,  уточнять критерий управления в зависимости от внешних  факто-

ров. Возможны два варианта реализации супервизорного управления: с ма-

тематической моделью и без нее.  Если имеются достаточно адекватная  и

простая  модель  процесса и критерий управления (целевая функция),  то

вычисление уставок регуляторов может быть организовано как решение за-

дачи  оптимального  управления.  В тех случаях,  когда из-за сложности

процесса не ставится задача оптимального управления,  управление можно

организовать  как процесс экспериментального поиска экстремума целевой

функции управления, когда оптимальный технологический режим ищется ме-

тодом проб и ошибок.  Супервизорный режим позволяет осуществлять авто-

матическое управление процессом.  Роль оператора сводится к наблюдению

за процессом и,  в случае необходимости, к корректировке цели управле-

ния и ограничений на переменные.

     4. ЭВМ в режиме непосредственного цифрового управления. В отличие

от супервизорного управления при непосредственном цифровом  управлении

управляющие воздействия рассчитываются ЭВМ и передаются непосредствен-

но на исполнительные органы.  Режим непосредственного цифрового управ-

ления  позволяет исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой.

Как в случае с супервизорным управлением, задача оператора заключается

в наблюдении за процессом и его корректировках в случае необходимости.

     5. Иерархические системы управления. Если одноуровневая структура

АСУТП не обеспечивает требуемого режима функционирования сложного тех-

нологического объекта,  то систему управления можно построить как мно-

гоуровневую  - в виде отдельных подсистем,  между которыми установлены

отношения соподчинения.  Каждая подсистема имеет ЭВМ, работающую в од-

ном из описанных выше режимов. Функции управления могут быть распреде-

лены между уровнями, например, следующим образом. Нижний (первый) уро-

вень управления непосредственно управляет технологическими операциями.

Второй уровень выполняет функции расчета и  оперативной  корректировки

режимов технологических операций.  Третий уровень управления представ-

ляет собой центральную управляющую подсистему, решающую задачи расчета

и  оперативной  корректировки технологического режима всего процесса в

целом.

     Рассмотренные пять  типов  структур  АСУТП  различаются  способом

включения  ЭВМ  в контур управления.  Три последних типа структур пол-

ностью исключают оператора из основного  контура  управления,  поэтому

системы, построенные на их основе, можно отнести к классу автоматичес-

ких.  Для сложных процессов  на  крупных  производственных  комплексах

строятся  системы  управления,  сочетающие описанные способы включения

ЭВМ в контур управления.  Такая система разделяется на подсистемы, для

каждой  из  которых  в  зависимости от возможностей ее математического

описания и экономически целесообразности выбрана определенная структу-

                                - 35 -

ра.  Комплекс подсистем можно реализовать либо на одной ЭВМ, разделяю-

щей время между подсистемами,  либо на нескольких ЭВМ, каждая из кото-

рых обслуживает соответствующую подсистему, либо на вычислительной се-

ти, состоящей из большого числа мини- или микро-ЭВМ.

     Важной составной частью АСУТП, во многом определяющей ее функцио-

нальные возможности, является математическое обеспечение (МО), которое

можно разделить на функциональное и общесистемное.  Функциональное ма-

тематическое обеспечение образуется  комплексом  программ,  непосредс-

твенно выполняющих функции управления данным процессом.  Общесистемное

МО в сочетании со специальными аппаратными средствами позволяет управ-

лять ресурсами ЭВМ, осуществлять общение оператора и ЭВМ, использовать

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22