НИОКР‎ > ‎

Производство

Управление динамическими производственными системами

"Система автоматизации пусков производств и связанные с ней результаты исследований являются моим любимым детищем. Поэтому в рамках совсем небольшого свободного времени я продолжаю работать и над его развитием. Теперь без привязки к химико-технологической отрасли. И сегодня мне особенно интересны исследования самой природы ошибок на производстве: причины, классы, процесс развития от предаварийной ситуации к аварии и т.д. Ну и главный вопрос: а что может компьютер?, в чем его ценность и как его применить, чтобы избежать проблем?

Вы можете использовать мои наработки в своей научной или практической работе. Я предоставил вам удобный доступ к своей диссертации (см. ссылки внизу страницы). Также я планирую делиться свежими идеями, как сегодня я осваивал бы данное направление: на что сделал бы упор в исследованиях и какие технологии задействовал. Касательно идей, на сайте я даю только ключевые моменты, проработать которые можно самостоятельно или в диалоге со мной.

История


Около двадцати лет назад в рамках написания научно-технической диссертации1 я начал решать задачу управления переходными процессами сложного и ответственного производства - а именно, задачу управления пуском крупнотоннажного химического агрегата. Управление сложной системой в состоянии ее равновесия - это одно, но управление той же системой в переходе к нему - это совсем другое. В некотором смысле, переходный режим - это создание системы, ее образование, формирование устойчивых связей между компонентами. И именно на этом этапе самые большие риски, что система так и не соберется. А значит, последствия - самые разнообразные и трудно предсказуемые... для всех нас.

Сегодня мы (специалисты и исследователи) имеем множество новых инструментов в виде потрясающе мощных алгоритмов и средств вычислительной техники. Поэтому я расширяю рамки задачи, дополняя процессы пуска сложных производств их остановом, а также режимами предаварийных и аварийных ситуаций. И сегодня, в отличие от того времени, мне со всей отчетливостью понятно, что успешное решение данных задач не лежит исключительно в технической плоскости. Ведь то, что мы делаем на производстве зависит от множества факторов за его пределами. Перерасход ресурсов, потери из-за простоев, вынужденных остановов, последствия аварий и катастроф - все это во многом определяется целями и условиями, формирующимися на уровнях выше.

Прогнозирование изменения экономических условий, планирование использования основных фондов, управление финансовыми активами, сбережение и приумножение человеческого капитала и многое другое - вот что явным или менее явным образом влияет на производственную систему, т.е. систему использования ресурсов. Задача должна решаться интегрированно. А значит, речь о производстве, менеджменте, окружающей среде и саморегулирующейся системе ("системе издержек и противовесов") коллективного разума, обеспечивающего собственное выживание и развитие.

Но к сожалению, очень сложные задачи человечество еще не умеет хорошо решать (находить оптимальные решения, с гарантированным результатом и минимальными затратами ресурсов). Поэтому я предлагаю пока сосредоточиться на предупреждении ошибок - как явных, так и не совсем очевидных..."

Александр А. Степанов

Введение


Необходимость автоматизации пусковых / остановочных процессов сложных производственных систем обусловлена в первую очередь заметным влиянием динамических (переходных) процессов на эффективность и безопасность их работы. Качество управления пуском / остановом определяет такие факторы функционирования производства, как расход энергетических ресурсов, износ оборудования, недовыпуск продукции, экологическая обстановка на территориях расположения этих производств, возможность возникновения аварийных ситуаций. Управление пусками / остановами имеет особое значение в условиях работы "на заказ”, при которых резко возрастает частота временных остановов производства.

Как показывает опыт эксплуатации, например, крупнотоннажных агрегатов химических производств, их пуск требует от операторов и вспомогательного персонала предельной концентрации внимания, быстроты и точности действий, максимального использования производственного опыта, что приводит к нервному и физическому перенапряжению и, как следствие, к частым ошибкам, заметно увеличивающим продолжительность пуска, а также к возникновению нештатных ситуаций и аварийным остановам агрегатов. Вместе с тем, значительный разброс времени неавтоматизированного пуска агрегатов указывает на наличие резервов в управлении динамическими процессами.

Именно для решения таких задач и ведется разработка инструментов для создания интеллектуальных автоматизированных систем управления динамическими производственными системами.

Основные компоненты системы


Среда разработки модели
https://sites.google.com/site/erpacademies/rd/dc/cc.png

  • Декларативный язык описания модели динамического процесса (МДП) и правил управления: автоматизированная система должна "знать" о том как устроен объект управления, "понимать" причинно-следственные связи возможных событий, использовать правила управления. Почему декларативный? Во-первых, точные аналитические математические модели переходных (например, химико-технологических) процессов, обрабатываемые численными методами, сложно строить и обсчитывать. Во-вторых, декларативный подход будет в большей степени обеспечивать универсальность технологии: можно быстрее и проще перенастраивать на разные виды производств и разные экземпляры систем. Это обеспечивается разделением "модели управления" и "движка" (механизма) исполнения.
  • Редактор модели: визуальная среда для представления знаний об объекте управления и правилах управления (технических структур, потоков, прецедентов / правил управления). Является надстройкой над декларативным языком.
  • Редактор связей (МДП <=> компоненты среды исполнения): если вы хотите, чтобы ваша "модель управления" как-то реализовалась, стоит подумать о средствах получения входной информации, интерфейсе "система - пользователь" и исполнении команд управления. Для всего этого лучше использовать готовые промышленные средства автоматизации, например, SCADA-системы, промышленные контроллеры и т.д., т.е. идти по пути надстройки над АСУТП. А для этого необходимо взаимно однозначное преобразование одного в другое.
Интегрированная среда исполнения
  • Планировщик задач пуска/останова и предаварийных / аварийных ситуаций, он же "движок" исполнения "Модели управления".
  • Подсистема технологического контроля - SCADA + PLC/IoT.
  • Подсистема материально-техническое обеспечения - ERP-система (опционально).