Технология и автоматизация производства РЭА

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

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12