Методы рациональной автоматизации производства

Э.Л. ИЦКОВИЧ






                МЕТОДЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ
                АВТОМАТИЗАЦИИ
                ПРОИЗВОДСТВА




   Выбор средств
   Организация тендера
   Анализ функционирования
   Управление развитием
   Оценка эффективности







Инфра-Инженерия
Москва

2009

УДК 681.5
ББК 32.965
     И96



  МЕТОДЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА



   Рассматривается широкий круг задач эффективной автоматизации промышленных объектов:
   -   анализ рынка программных и технических средств автоматизации и позиционирование на нем российских участников;
   -   технические требования на средства/системы автоматизации;
   -   прогноз эффективности разрабатываемых систем автоматизации;
   -   организация и проведение конкурсов (тендеров) для выбора средств/ систем автоматизации;
   -   аудит эффективности эксплуатируемых систем автоматизации;
   -   достижение рационального уровня автоматизации производства;
   -   распределение финансовых ресурсов на проекты автоматизации.
   Книга рассчитана на сотрудников служб автоматизации предприятий; на специалистов по автоматизации в проектных институтах, НИИ и ОКБ; на разработчиков и производителей средств и систем автоматизации; на системных интеграторов в области автоматизации.
   Книга может использоваться преподавателями в качестве учебного пособия по курсам автоматизации, а также аспирантами и научными работниками в области автоматизации предприятий, поскольку дает срез современного состояния автоматизации производства и приводит методы ее развития с учетом возможностей современных программных и технических средств и имеющихся у предприятий финансовых ресурсов.








М.: «Инфра-Инженерия», 2009. - 256 с.


© Ицкович Э.Л., 2009
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2009



ISBN 5-9729-0020-6

           Об авторе

   Доктор технических наук, профессор Э.Л. Ицкович заведующий лабораторией методов автоматизации производства в Институте проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН), широко известен в среде специалистов как один из ведущих экспертов и консультантов по проблемам автоматизации производства. Он консультирует предприятия по выбору, внедрению, эксплуатации систем автоматизации; консультирует производителей средств/ систем автоматизации по повышению конкурентоспособности выпускаемой ими продукции; проводит экспертизы в различных областях автоматизации производства на предприятиях электроэнергетики, химии, металлургии, нефтегазового комплекса.
   Э. Л. Ицкович и возглавляемая им лаборатория разрабатывают методы и алгоритмы контроля, управления и планирования производства химико-технологического типа. Практическими результатами этих разработок являются многочисленные внедрения конкретных систем автоматизации основных технологических процессов на отдельных предприятиях ряда отраслей.
   Э. Л. Ицкович является автором 12 монографий и свыше 250 статей по вопросам автоматизации производства. Он выпускает периодические сборники анализа рынка автоматизации и сопоставления однотипных программных и технических средств/систем разных производителей.
   Данная книга является обобщением экспертных и консалтинговых работ автора и разработанных им методов автоматизации, выполненных в последние годы и прошедших успешную апробацию на промышленных предприятиях. В ней рассматривается широкий круг задач, нацеленных на реализацию эффективной автоматизации промышленных объектов.

3

Введение





           Введение

   С каждым годом российские предприятия уделяют все большее внимание автоматизации производства. К этому вынуждает их, с одной стороны, моральное и, особенно, физическое старение имеющихся средств автоматизации, а, с другой стороны, борьба за место на рынке для своей продукции, поскольку их конкурентоспособность и по производительности, и по качеству, и по себестоимости в немалой степени определяется имеющимся уровнем автоматизации производства. Особенно проявляется повышение интереса к автоматизации у предприятий, работающих как на внутренний, так и на внешний рынок и/или имеющих развивающийся спрос на свою продукцию. К ним относятся, в первую очередь, предприятия нефтегазового комплекса, энергетики, черной и цветной металлургии, нефтехимии и химии, стройматериалов, целлюлозно-бумажной и пищевой отраслей промышленности.
   Наблюдающееся увеличение затрат на автоматизацию повышает значимость их наиболее рационального вложения, а это, в свою очередь, заставляет более внимательно отнестись к вопросам выбора средств и систем автоматизации, к эффективной их эксплуатации, использующей все заложенные в них возможности, к обоснованному повышению уровня автоматизации.
   Методы разрешения перечисленных проблем рассматриваются в книге. Исходными данными для них являются точность и полнота содержания технических требований на отдельные средства/системы автоматизации, свойства и характеристики современных программных и технических средств, правила рационального поведения на существующем рынке автоматизации. Этот круг вопросов также подробно обсуждается в отдельных главах.
   Особое внимание в книге при выборе средств, развитии автоматизации производства, распределении финансовых ресурсов на отдельные мероприятия по автоматизации уделяется исключению любого волюнтаризма и влияния субъективных факторов на принятые решения. Этому способствует точная

5

Методы рациональной автоматизации производства

постановка рассматриваемых задач, формализация основных этапов их решения и компьютерная реализация этих этапов.
   Материал книги последовательно охватывает основные вопросы развития автоматизации производства, которые совместно решают участники существующего рынка автоматизации:
   -   разработчики, производители и продавцы программных и технических средств/систем;
   -   проектные и инжиниринговые фирмы в области автоматизации предприятий различных отраслей;
   -   системные интеграторы в области автоматизации производства;
   -   фирмы, специализирующиеся на монтаже средств/систем автоматизации;
   -   предприятия - заказчики, приобретающие и эксплуатирующие средства/системы автоматизации.
   Задачи выбора и приобретения средств/систем автоматизации рассмотрены при различных формулировках и постановках, при различных вариантах исходных данных, при различных критериях отбора средств/систем.
   Книга представляет собою обобщение проводимых в течение ряда последних лет работ автора по консультированию предприятий различных отраслей в области развития их уровня автоматизации и по консультированию производителей средств/ систем автоматизации в части повышения конкурентоспособности их продукции автоматизации на российском рынке. Изложенные в ней методы базируются на опыте проведения автором многочисленных конкретных разработок, типы которых перечислены ниже:
   -   периодический анализ текущего состояния различных секторов рынка автоматизации и тенденций их развития;
   -   сопоставление однотипных программных и/или технических средств/систем разных производителей;
   -   помощь в разработке технических требований на системы автоматизации производственных объектов различных классов;
   -   организация и проведение конкурсов (тендеров) на продукцию и работы по автоматизации производственных объектов;
   -   экспертизы различных документальных материалов по автоматизации: предложений системных интеграторов, технических и рабочих проектов, конкурсных заявок;
   -   аудит действующих систем автоматизации и рекоменда

6

Введение

ции по повышению эффективности их работы;
   -   разработка стратегии развития автоматизации производства и достижения рационального уровня автоматизации;
   -   распределение выделенных финансовых средств на отдельные инновационные мероприятия, включая мероприятия по автоматизации производства.
   Приведенные в книге отдельные сведения о средствах/сис-темах автоматизации большей частью почерпнуты из прилагаемой к ним документации.
   В книге приведены примеры конкретных ситуаций, возникавших при проведении отдельных работ: некоторые "оригинальные" решения отдельных руководящих лиц фирм, организаций, предприятий; отдельные "оригинальные" отрывки документов по конкретной автоматизации производства; достаточно "оригинальное" поведение сотрудников, работающих с системами автоматизации. Все эти примеры почерпнуты из общения автора с заказчиками консалтинговых работ, из анализа работы отдельных систем, из опыта проведения конкретных конкурсов на продукцию автоматизации, из выполненных экспертиз конкретных документальных материалов.
   По содержанию и форме изложения книга рассчитана на лиц, принимающих решения по развитию автоматизации производства; на руководителей и сотрудников отделов информатизации и автоматизации предприятий; на руководящий обслуживающий и ремонтный персонал служб КИП и автоматики предприятий; на специалистов по автоматизации в инжиниринговых фирмах, проектных организациях, НИИ и ОКБ; на разработчиков и производителей программных и технических средств и систем автоматизации; на персонал консалтинговых организаций и системных интеграторов в области автоматизации.
   Она может использоваться преподавателями институтов, читающими лекционные курсы по автоматизации производства, в качестве учебного пособия; а также аспирантами и научными работниками в различных областях информатизации и автоматизации предприятий, поскольку дает срез современного состояния автоматизации производства и предлагает методы ее развития с учетом возможностей современных программных и технических средств и имеющихся у предприятий финансовых ресурсов.

7

Методы рациональной автоматизации производства

         ГЛАВА 1

         ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ РОССИЙСКОГО РЫНКА АВТОМАТИЗАЦИИ

  В данной, начальной главе представлены основные исходные положения и базовые понятия, которые повсеместно используются в последующем изложении; кратко рассмотрено современное состояние и направления развития средств и систем автоматизации; приведены существующие особенности российского рынка средств и систем автоматизации и происходящие на нем изменения; выделены основные способы приобретения ими средств и систем автоматизации. Все эти элементы общих вопросов автоматизации являются тем фундаментом, на котором построено все дальнейшее содержание книги. В целом материал этой главы вводит читателя в проблематику книги и устанавливает однозначное понимание терминов, понятий и классификационного подразделения средств и систем автоматизации.


         1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

  Чтобы достичь однозначного с читателем понимания используемых в книге терминов и тем самым заранее очертить круг рассматриваемой тематики целесообразно указать, что будет пониматься в дальнейшем под наиболее общими отдельными наименованиями классов средств и систем автоматизации и на каких уровнях управления предприятием они используются. Этим основным понятийным и терминологичес

8

ГЛАВА 1. Текущее состояние российского рынка автоматизации

ким вопросам посвящен настоящий раздел. Более полное и подробное пояснение всех введенных в книгу терминов будет производиться по мере их использования в дальнейшем изложении.
   Просмотрим последовательно средства и системы автоматизации, используемые на всех уровнях управления, начиная с самого нижнего полевого уровня получения информации о протекании производственных процессов и выдачи управляющих воздействий на них и заканчивая самым верхним уровнем хозяйственно-организационного управления предприятием.
   На нижнем (полевом) уровне управления производственным объектом - уровне мониторинга производственных процессов и исполнения управляющих команд применяются следующие средства:
   -   датчики [1] - автоматические измерительные приборы, установленные непосредственно на производственном объекте и контролирующие отдельные количественные величины (большей частью физические, но частично и химические показатели);
   -   исполнительные механизмы - автоматические управляющие средства, установленные непосредственно на оборудовании производственного объекта и преобразующие команды от средств автоматики или от операторов в непосредственные воздействия на регулирующие и запорные органы оборудования;
   -   полевые приборы (средства) - обобщенное наименование датчиков и исполнительных механизмов;
   -   автоматические анализаторы - приборы качественного анализа, устанавливаемые в цехах или лабораториях для определения химического и физического состава сырьевых компонентов, полуфабрикатов и готовой продукции;
   -   полевая сеть - сеть или шина, соединяющая контроллер с полевыми приборами (если в последние встроен микропроцессор) или контроллер с его выносными блоками ввода/ вывода, размещенными в непосредственной близости от полевых приборов.
   На следующем, среднем (промышленном) уровне управления производственным объектом - уровне автоматического контроля и управления - работают микропроцессорные средства автоматизации. Ниже обозначены основные используемые на этом уровне средства и системы:

9

Методы рациональной автоматизации производства

   -   контроллер [2] - универсальное, программируемое микропроцессорное средство, реализующее заданные программы контроля и управления;
   -   промышленная сеть - сеть, соединяющая контроллеры между собою и с рабочими станциями оператора или с сервером;
   -   сетевой комплекс контроллеров - группа одно- или разнотипных контроллеров, имеющих ряд модификаций, отличающихся друг от друга характеристиками, возможностями резервирования, приспособлением к разным условиям окружающей среды, числом подключаемых каналов входа и выхода, но взаимосвязанных единой промышленной сетью и работающих под одинаковым системным программным обеспечением;
   -   распределенная система управления (Distributed Control System или сокращенно DCS) [3] - принятый, в основном в зарубежной практике, термин, обозначающий систему, состоящую из сетевого комплекса контроллеров большой мощности и большой размерности по числу подключаемых каналов входа и выхода; рабочих станций;серверов;системного и прикладного программного обеспечения, обеспечивающего необходимые функции контроля и управления;
   -   программно-технический комплекс (ПТК) - российское наименование, объединяющее сетевой комплекс контроллеров с рабочими станциями (близкое по смыслу зарубежному наименованию DCS).
   На верхнем (информационном) уровне управления производственным объектом - уровне автоматизированного наблюдения за ходом технологического процесса и управляющих воздействий работает оператор и находятся следующие средства:
   -   рабочая станция оператора - практически это тот или иной персональный компьютер в обычном или промышленном исполнении с одним или несколькими мониторами, с клавиатурой (и/или мышью), с одним или несколькими принтерами, реализующий взаимосвязь оператора с контроллерами;
   -   информационная сеть - сеть, соединяющая рабочие станции между собою и с сервером (при наличии последнего) и имеющая выход на корпоративную сеть предприятия;
   -   сервер - содержащий текущую и историческую базы данных компьютер; при клиент-серверной структуре ПТК через него реализуется связь контроллеров с рабочими станциями операторов.

10