Стабильная работа любого промышленного предприятия, его экономическая эффективность во многом зависят от надежной работы основного (технологического) оборудования. Это становится предельно понятным, если учесть, что «носителями» любых технологических, управляемых пусть даже самыми высококачественными системами автоматического и автоматизированного управления, — являются комплексы технологического оборудования. И, если по какой-либо причине произойдет остановка оборудования, то никакие наилучшие технологии или управляющие ими системы не смогут восполнить экономические издержки и потери, вызванные простоями оборудования. В свою очередь, решение данной проблемы возможно, если будут созданы методология и математические схемы, позволяющие с единых позиций охватить технологическое оборудование и другие уровни интегрированных систем на основе выделения единой для всех уровней доминирующей характеристики.
Анализ существующих публикаций позволяет выделить следующие три направления создания автоматизированных систем, в промышленных предприятиях, где, как говорится, «по штату положено» рассматривать проблемы математического моделирования сложных единиц и комплексов технологического оборудования: «традиционные» интегрированные АСУ, модификации «традиционных» интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), ERP-системы.
В зависимости от целей моделирования могут быть для одного и того же технологического оборудования построены различные математические модели. Например, для оценки надежности это будут одни модели, для оценки прочности деталей и узлов — другие и т. д. В данном случае речь идет о математических моделях, позволяющих воспроизвести динамические (с изменяющимися во времени характеристиками) структуры технологического оборудования, комплексов и технологических сетей в памяти ЭВМ для целей оценки и прогнозирования состояния узлов и деталей, а, следовательно, и оборудования в целом, с целью упреждения предаварийных ситуаций, минимизации простоев оборудования и, следовательно, увеличения эффективности предприятия.
Создаваемые математические модели должны иметь одинаковую природу со структурными математическими моделями других уровней иерархии интегрированных АСУ. Последнее является необходимым условием интеграции математических моделей различных уровней автоматизированной системы. Анализ «традиционных» и «модифицированных» интегрированных АСУ, АСУ техническим обслуживанием и ремонтами оборудования (ТОиР), ERP-систем позволяет сделать следующие выводы:
− В «традиционных» и «модифицированных» ИАСУ вопросы технического обслуживания и ремонта оборудования вообще не затрагиваются. Естественно, не рассматриваются и вопросы математического моделирования сложных единиц технологического оборудования и технологических комплексов.
− В специализированных автоматизированных системах — АСУ ТОиР вопросы математического моделирования технологического оборудования также не затрагиваются.
− В различного рода ERP-системах [2] задача математического моделирования технологических сетей и оборудования не ставится и не решается.
Таким образом, проблема математического моделирования сложных единиц технологического оборудования, технологических комплексов и сетей несмотря на всю ее актуальность остается открытой.
Как показано в работе [3] ядром интегрированных АСУ являются двухуровневые производственные модули, охватывающие системы автоматического управления с мини- и микроЭВМ в контуре управления и сложные единицы и комплексы технологического оборудования. Как видно, в контексте понятия производственных модулей помимо систем автоматического управления затрагивается еще уровень технологического оборудования, от состояния которого во многом зависят эффективность, стабильность и безопасность производства. Анализируя факторы сложности производственных модулей особо следует остановиться на уровне технологического оборудования. Технологические сети или иначе взаимосвязанные комплексы технологического оборудования гидрометаллургических, нефтехимических, топливно-энергетических, химических и других крупных предприятий относятся к категории структурно-сложных систем, содержащих целый спектр единиц оборудования, каждая из которых в свою очередь состоит из множества различных по своему функциональному назначению, конструктивному исполнению и характеристикам узлов и деталей, изготовленных из самых разных материалов.
Оптимальное функционирование отмеченных выше и других предприятий зависит от множества факторов. В контексте понятия производственных модулей помимо систем автоматического управления затрагивается еще два важнейших аспекта: технологические процессы и «носители технологических процессов» — технологическое оборудование. Ретроспективный анализ работ показывает, что наибольшее внимание в общей иерархии задач управления уделено вопросам, связанным с моделированием и оптимизацией управления технологическими процессами. Что, безусловно, важно и необходимо. Вместе с тем, априори можно утверждать: при возникновении аварийных ситуаций; непредусмотренных регламентом остановках и пусках оборудования, связанных с выходом из строя исчерпавших номинальные ресурсы узлов и деталей «носителя технологического процесса», — оборудования, результаты функционирования предприятия будут далеко не оптимальными. Эти обстоятельства должны учитываться при создании и внедрении современных интегрированных АСУ.
Отметим, что для решения конкретных задач производства, например, связанных с ТОиР, в первую очередь необходима структуризация технологического оборудования на блоки, узлы и детали. Как правило, каждый узел, каждый элемент имеют свои номинальные ресурсы работы. Например, если оборудование состоит из сотен или нескольких тысяч элементов и узлов, то налицо наличие равно такого же числа номинальных сроков службы. Для решения задачи автоматизированного учета наработки элементов и узлов оборудования необходимо, в первую очередь, воссоздать в памяти ЭВМ взаимосвязанную структуру узлов и деталей соответствующего технологического оборудования.
Отсюда ясно, что главные факторы сложности данного уровня производственных модулей — это, прежде всего, структурная сложность, недостаточное развитие методов математического моделирования технологического оборудования, отсутствие удобных с точки зрения использования ЭВМ моделей, позволяющих учитывать изменения в реальном масштабе времени наработок и остаточных ресурсов узлов и деталей и реализации автоматического мониторинга состояния оборудования, оптимального планирования и ремонтов оборудования.
Анализ научных проблем второго уровня производственных модулей — уровня дискретных систем автоматического управления (ДСАУ) показывает, что многими учеными заложена мощная основа для расчета и проектирования различных классов дискретных систем управления на базе целого спектра методов и моделей, каждый из которых охватывает определенные классы дискретных систем со свойственными данному классу факторами сложности. Вместе с тем, современный этап развития характеризуется переходом к управлению структурно-сложными многомерными объектами. Данное обстоятельство является причиной возникновения принципиальных трудностей на пути использования классических методов, основанных на Z-преобразовании, разностных уравнениях, частотных методах, методе пространства параметров состояния.
Несмотря на всю важность задач анализа, синтеза и проектирования структурно- и параметрически сложных дискретных систем автоматического управления, адекватная этим задачам и системам проблема создания математических структурных методов остается еще не до конца решенной.
Таким образом, среди факторов сложности второго уровня производственных модулей — уровня дискретных систем автоматического управления — в первую очередь, необходимо выделить такие как, многомерность, разнотемповый характер дискретной информации, наличие запаздываний, логических и динамических переменных и условий, нелинейность, нестационарность и другие.
В данной статье для моделирования сложных единиц технологического оборудования, комплексов технологического оборудования и технологических сетей предложено использование метода динамических графовых моделей. Данный метод отвечает принципу универсальности в том плане, что позволяет решать задачи описания, анализа и синтеза, возникающие на различных уровнях интегрированных систем, на основе единого теоретико-множественного подхода и динамических графов, позволяющих учитывать различные аспекты моделируемых объектов. Метод динамических графов органически сочетает в себе результаты теории классических динамических систем управления с обратной связью, теоретико-множественных и имитационных подходов, используемых при исследовании сложных многоуровневых систем, т. е. представляет собой определенный класс гибридных моделей.
Динамические графы наиболее полно отвечают требованиям компьютерного моделирования технологического оборудования и систем управления, позволяют решать задачи формализованного структурного анализа и синтеза систем, при этом дают возможность привнести в их описание такие важные понятия, принятые в теории систем с обратной связью, как динамичность, дискретность, изменяемость структур и параметров, нелинейность, запаздывание и другие.
Литература:
- Кадыров А. А. Моделирование информационных сетей и производственных модулей интегрированных АСУ на базе динамических графов. Ташкент, «IQTISOD-MOLIYA», 2009, С. 188.
- Чаадаев В., Бронникова Т. Построение интегрированной системы управления компанией: управление финансами и ERP-система // RM MAGAZINE. 2003. № 4/5.
- Кадыров А. А. Структурные методы моделирования и исследования производственных модулей интегрированных систем. Т.: IQTISOD-MOLIYA, 2008. 118 с.
