Методы системного инжиниринга для поиска технических решений при создании программно-аппаратного комплекса для моделирования и автоматического строительства объектов энергетики в районах Крайнего Севера | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 17 июня, печатный экземпляр отправим 21 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №49 (391) декабрь 2021 г.

Дата публикации: 02.12.2021

Статья просмотрена: 28 раз

Библиографическое описание:

Апросин, А. И. Методы системного инжиниринга для поиска технических решений при создании программно-аппаратного комплекса для моделирования и автоматического строительства объектов энергетики в районах Крайнего Севера / А. И. Апросин, Н. В. Дудин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 49 (391). — С. 5-7. — URL: https://moluch.ru/archive/391/86275/ (дата обращения: 07.06.2023).



В XXI веке произошли значимые события, которые изменили множество устоявшихся представлений о том, как необходимо вести деятельность хозяйствующего субъекта. Повсеместная цифровизация рабочих мест, сбор информации с датчиков, так называемый IoT или интернет вещей, внедрение продвинутых АСУ ТП позволили создавать роботизированные комплексы, способные без участия в производственном процессе человека, выполняющие функцию по созданию товаров. Создание столь сложных комплексом было бы невозможно без кратного снижения стоимости базовых ЭРИ, таких, например, как целые семейства микроконтроллеров производителей: Dallas Semiconductor, Philips, Infineon (Siemens), Futjitsu, Mitsubishi Electronics, Temic, National Semoconductor, Oki Semiconductor и др. Тех. процесс создания микропроцессорной техники уже перешел планку в 5 нм, тогда как более старые МК считаются устаревшими для современных ПК. Но для создания роботизированных комплексов, поточных линий и много другого АСУ ТП зачастую требуются не самые высокие тактовые частоты и количество параллельных поток, требуется надежность работы в различных средах (повышенная радиационная стойкость, возможность работы при низких/высоких температурах и др.). Требуется большая библиотека готовых, отработанных программных и схемных решений. За последние десятки лет активного внедрения микропроцессорной техники был наработан огромный опыт взаимодействия с данными системами, проведена наработка на отказ, данные, полученные в ходе эксплуатации, позволили применить методы статистического анализа. Надежность данных систем уже не является теоретической, а подтверждена на практике. И если в России еще в начале нашего века достаточно скептически относились к переходу с релейной защиты и автоматики в высоковольтных сетях, то уже сегодня, механические релейные защиты считаются давно устаревшими и активно заменяются на микропроцессорные защиты.

Основная проблема строительства объектов в труднодоступных районах или районах с неблагоприятными условиями работы является стоимость проводимых изысканий, работ и последующая эксплуатация. В районах Крайнего Севера существует понятие Северный завоз, это целый комплекс мероприятий по обеспечению жизнедеятельности людей в данных регионах, это и доставка топлива, товаров народного потребления, продуктов и многое другое в преддверии зимы. Кроме того, существует множество других факторов, которые не позволяют оперативно что-либо доставить в требуемое место строительства, например в период таяния снегов размывает трассу, или наличие зимника и отсутствие прямой дороги в летний период через водные преграды. Всё это в комплексе требует очень тщательной проработки проекта строительства, логистики и последующего строительства. Ошибка на каждом из этих этапов вырастает в очень большие проблемы в будущем. Невозможно оперативно изменить какое-то неправильно подобранное оборудование, или невозможно допоставить неправильно рассчитанное количество кабеля нужной марки и многое другое. Цена ошибки человека на объекте строительства также приводит порой к кратному удорожанию работ. Поломка 100 т крана для возведения ферм ГОК выливается в длительный простой стройки ввиду того, что в зимний период доставить такую специальную технику просто не представляется возможным даже за очень большие деньги. Проектирование и строительство в данных районах можно в какой-то степени сравнить со строительством лунной базы, всё будет сильно привязано от миссии к миссии, нет физической возможности что-то достать на месте здесь и сейчас.

В свете данной проблемы возникла идея создать роботизированный комплекс по строительству объектов различного назначения в экстремальных условиях окружающей среды. В данной статье представлен концепт данной технологии и описаны перспективы возможного применения.

Данная сложная система состоит из 3-х подсистем различной степени сложности, а именно

Моделирующий комплекс (МК), задача которого выполнить проектирование, или возможность портирования проекта со сторонних CAD-систем, далее оцифровка данного проекта, то есть создание полноценных моделей всех составных частей данного проекта, это и сопромат, и термодинамика, степень моделирования задается разработчиком. Далее модель объекта размещается в моделирующем комплексе, где воссоздаются различные условия окружающей среды с определенной заданной точностью модели, наподобие климатических камер для проверки аппаратуры. Весь проект декомпозируется на шаги, каждый шаг просчитывается в данной среде, например выравнивание участка строительства по уровню, надо учитывать плотность и сыпучесть грунтов, температуру земли и многое другое, чтобы беспилотный бульдозер не засыпало в процессе работы или он не увяз в почве. Установка какой-то металлической конструкции на другую конструкцию, работы с грузоподъемным механизмом беспилотного крана, важны прочностные характеристики балок и оснований, сила бокового ветра и прочие условия. Получив успешный сценарий данного шага- переход на следующий этап строительства. То есть в итоге создается процедурный план работ на объекте с применением беспилотной техники. Данный сценарий возможно разбивать на параллельные работы при необходимости, разбивать зоны строительства на подзоны и прочее. Всё зависит от количества техники и ресурсов на объекте. Этот сценарий будет выступать эталонным для системы строительства на объекте (АСУ РК).

Данный МК является программной частью данной системы.

Система связи , здесь будет принятая система связи МК с АСУ РК, резервные системы и прочее. То есть принятый интерфейс взаимодействия программного комплекса и его аппаратной части.

АСУ РК (автоматизированная система управления роботизированным комплексом), по сути, это комплекс, состоящий из: ЦОД, беспилотная техника различного назначения, вспомогательные системы (система питания, система складского учета материалов и прочее).

а) ЦОД-ядро, вокруг которого строится вся АСУ. В него заливается эталонный проектный сценарий выполнения строительства. В ЦОД стекается вся информация со стройплощадки, и он выдает управляющие воздействия на все подсистемы РК.

б) Беспилотная техника:

— наблюдательная. Для мониторинга строительства требуется иметь привязки к местности, разбитые координатные сетки, 3d сканирование площадки, датчики света, температуры, ветра и т. д. Вся эта информация должна собираться и передаваться в ЦОД для анализа и принятия решения.

— исполнительная. Краны, манипуляторы, сварка, крепеж и многие другие, выполняющие однотипные операция.

в) вспомогательная техника (подсистемы). Как минимум требуется иметь автоматическую систему складского хозяйства, чтобы АСУ могла находить требуемые ресурсы и использовать их. Система питания комплексом также является важной частью комплекса.

Главная особенность данной системы является её гибкость. В случае возникновения нештатной ситуации мы можем ситуация промоделировать в МК, сформировать новую ветку общего сценария и оперативно передать изменения на удаленный объект. Наличие множества простых беспилотных аппаратов позволяет обеспечить выполнение самых разнообразных сценариев. Выход из строя одно из них, не приведет к катастрофическим проблемам выполнения проекта. Можно завезти некоторый запас каждого типа техники. Отсутствие людей на площадке сводит к нулю работу по обеспечению безопасности персонала. Отсутствие инфраструктуры для работы множества людей значительно удешевляет и ускоряет процесс строительства. Кроме того, сегодня любая крупная стройка представляет из себя работу множество подрядчиков на объектах, которые, как правило, очень плохо скоординированы друг с другом, каждый подрядчик везет практически все что ему требуется для выполнения работ на место строительства. Кооперация на местах минимальная. В результате на месте существует порой кратное превышение необходимой техники, а это влечет увеличение сметы строительства. Плохая кооперация также ведет зачастую к срыву сроков, вследствие, например, выхода из строя их техники, но которая имеется в наличии у другой подрядной организации. Внедрение же роботизированных комплексов позволит учитывать суммарные мощности, имеющиеся на стройке, позволит использовать технику более рационально, меняя текущие планы в случае нештатных ситуаций в режиме реального времени. Объединить все комплексы в единый реестр техники и материалов с назначенными текущими приоритетами позволит оперативно управлять рисками, которые срабатывают при строительстве объектов.

В заключении хотелось бы отметить, что в разработку технологии и создание первых комплексов требуются значительные вложения. Отработав в сложных условиях всю механику работ масштабировать данную технологию в другие отрасли, не представляет больших сложностей. В условиях нашей страны данная технология позволила бы существенно увеличить темпы освоения труднодоступных ресурсных районов, снизить нагрузку на людские ресурсы, сосредоточив их на более наукоемких направлениях.

Литература:

  1. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ: КРАТКИЙ ОБЗОР. — Текст: электронный // Мой робот: [сайт]. — URL: https://myrobot.ru/stepbystep/mc_meet.php (дата обращения: 07.11.2021).
  2. Выбираем микроконтроллер вместе. — Текст: электронный // Хабр: [сайт]. — URL: https://habr.com/ru/post/122030/ (дата обращения: 07.11.2021).
  3. Микроконтроллеры компании STMicroelectronics с ядром ARM. — Текст: электронный // Рынок микроэлектроники: [сайт]. — URL: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/06_03/stat_128.htm (дата обращения: 07.11.2021).
  4. Что такое интернет вещей? — Текст: электронный // РБК: [сайт]. — URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/5db96f769a7947561444f118 (дата обращения: 07.11.2021).
Основные термины (генерируются автоматически): Беспилотная техника, комплекс, АС, микропроцессорная техника, моделирующий комплекс, окружающая среда, работа, различное назначение, район, роботизированный комплекс, система, система питания, строительство.


Похожие статьи

Групповое применение разведывательных и ударных...

Такой комплекс создаётся как боевая система, предназначенная для выполнения следующих задач

– транспортная — доставка, перемещение по воздуху различных грузов. Наиболее сложными для реализации задачами являются разведка и выполнение ударных функций.

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

Бортовой комплекс БПЛА является полнофункциональным средством навигации и управления беспилотного летательного аппарата.

Система управления остронаправленной АС включает в себя: • Собственно остронаправленную АС, радиотехнические параметры которой...

Состояние и перспектива развития мехатронных систем...

Выполнен обзор актуальных и перспективных мехатронных систем для использования в сельском хозяйстве.

Системы автоматического управления используются, в той или иной степени, во всех основных технологических процессах производства продукции сельского...

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

В статье рассмотрена система навигации в сельском хозяйстве. Описано положительное влияние на количество и качество урожая

Библиографическое описание: Польшакова, Н. В. Навигационные системы для сельскохозяйственной техники / Н. В. Польшакова.

Задачи и возможности использования системы искусственного...

Определены задачи системы искусственного интеллекта при реализации процесса

Зенитный ракетный комплекс (ЗРК) дальнего действия С-400 способен одновременно обстрелять до 36

В состав группы могут входить комплексы, модули и средства различного назначения и...

Развитие глубоководной роботизированной техники.

Беспилотные системы с каждым годом всё активнее «завоёвывают» пространство в воздухе, на поверхности земли и воды, под водой и в космосе. Причинами быстрого развития и широкого применения беспилотной роботизированной техники можно назвать следующие факторы.

Обзор современных информационных решений автоматизации...

На современном этапе развития технологий автоматизации подвергается абсолютно все, потому что оснастка предприятий сельского хозяйства компьютерной техникой повышает производительность и в конечном итоге уменьшает расходы. То же относится и к отрасли...

Робототехнические системы в пищевой промышленности

Варианты применения различных по конструкции и назначению роботов, применительно к различным задачам пищевой индустрии.

Печерский, Д. К. Робототехнические системы в пищевой промышленности / Д. К. Печерский, Н. А. Забенкова.

Структура и виды наземного технологического оборудования...

Стационарные стартовые комплексы принято делить на два типа: наземные и шахтные. Это деление обусловлено местом размещения основного оборудования и непосредственно самой ракеты по отношению к поверхности земли. Любая стационарная СК имеет стартовую и...

Похожие статьи

Групповое применение разведывательных и ударных...

Такой комплекс создаётся как боевая система, предназначенная для выполнения следующих задач

– транспортная — доставка, перемещение по воздуху различных грузов. Наиболее сложными для реализации задачами являются разведка и выполнение ударных функций.

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

Бортовой комплекс БПЛА является полнофункциональным средством навигации и управления беспилотного летательного аппарата.

Система управления остронаправленной АС включает в себя: • Собственно остронаправленную АС, радиотехнические параметры которой...

Состояние и перспектива развития мехатронных систем...

Выполнен обзор актуальных и перспективных мехатронных систем для использования в сельском хозяйстве.

Системы автоматического управления используются, в той или иной степени, во всех основных технологических процессах производства продукции сельского...

Навигационные системы для сельскохозяйственной техники

В статье рассмотрена система навигации в сельском хозяйстве. Описано положительное влияние на количество и качество урожая

Библиографическое описание: Польшакова, Н. В. Навигационные системы для сельскохозяйственной техники / Н. В. Польшакова.

Задачи и возможности использования системы искусственного...

Определены задачи системы искусственного интеллекта при реализации процесса

Зенитный ракетный комплекс (ЗРК) дальнего действия С-400 способен одновременно обстрелять до 36

В состав группы могут входить комплексы, модули и средства различного назначения и...

Развитие глубоководной роботизированной техники.

Беспилотные системы с каждым годом всё активнее «завоёвывают» пространство в воздухе, на поверхности земли и воды, под водой и в космосе. Причинами быстрого развития и широкого применения беспилотной роботизированной техники можно назвать следующие факторы.

Обзор современных информационных решений автоматизации...

На современном этапе развития технологий автоматизации подвергается абсолютно все, потому что оснастка предприятий сельского хозяйства компьютерной техникой повышает производительность и в конечном итоге уменьшает расходы. То же относится и к отрасли...

Робототехнические системы в пищевой промышленности

Варианты применения различных по конструкции и назначению роботов, применительно к различным задачам пищевой индустрии.

Печерский, Д. К. Робототехнические системы в пищевой промышленности / Д. К. Печерский, Н. А. Забенкова.

Структура и виды наземного технологического оборудования...

Стационарные стартовые комплексы принято делить на два типа: наземные и шахтные. Это деление обусловлено местом размещения основного оборудования и непосредственно самой ракеты по отношению к поверхности земли. Любая стационарная СК имеет стартовую и...

Задать вопрос