Информационные технологии в металлургии

МИ НИ С Т ЕРС Т ВО НА УКИ  И  ВЫС ШЕГО ОБРА З ОВА НИ Я РФ
№ 4662
УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС
ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА
Кафедра литейных технологий и художественной обработки 
материалов
С.А. Таволжанский
Т.А. Базлова
ИНФОРМАЦИОННЫЕ 
ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ
Учебное пособие
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета
Москва 2023

УДК 
621.74:004:669
Т13
Р е ц е н з е н т ы :
канд. техн. наук, доц. С.С. Киров (НИТУ МИСИС);
д-р техн. наук, проф. В.И. Галкин 
(Московский авиационный институт)
Таволжанский, Станислав Анатольевич.
Т13  Информационные технологии в металлургии : учеб. 
пособие / С.А. Таволжанский, Т.А. Базлова. – Москва : 
Издательский Дом НИТУ МИСИС, 2023. – 112 с.
ISBN 978-5-907560-59-8
В учебном пособии представлены основные этапы освоения 
и совершенствования информационных технологий, ключевые 
изобретения, изобретатели и ученые в этой области от древнего 
мира до наших дней, а также основные этапы модернизации вычислительных устройств. Подробно рассматриваются информационные системы крупных промышленных металлургических 
производств, этапы их совершенствования, структура, принципы 
функционирования. Разобраны основные информационные технологии, применяющиеся в металлургии. 
Предназначено для обучающихся в магистратуре по направлению подготовки 22.04.02 «Металлургия». 
УДК 621.74:004:669
С.А. Таволжанский, 
Т.А. Базлова, 2023
ISBN 978-5-907560-59-8
НИТУ МИСИС, 2023

Содержание
Введение. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1. История развития информационных технологий. .  .  .  . . . . . 7
1.1. Информация и информационные революции. .  .  .  . . . . . 7
1.2. Первая информационная революция . .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 8
1.3. Вторая информационная революция.
 .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 10
1.4. Изобретение перфокарт . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 11
1.5. Третья информационная революция. .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 15
1.6. Четвертая информационная революция. .  .  .  .  .  . . . . . . 21
1.7. Совершенствование вычислительных машин.
 .  .  .  . . . . 27
1.8. Информация и ее свойства. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 35
Контрольные вопросы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 37
2. Информационные системы в металлургии. . . . . . . . . . . . . 39
2.1. Информационные системы и их классификация. .  . . . 39
2.2. Принципиальная структура автоматизированной 
информационной системы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3. Требования к информационным системам 
в металлургии.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4. Особенности управления технологическими 
процессами металлургического производства. .  .  .  .  . . . . . . 48
2.5. Экономические аспекты автоматизации 
производственных процессов в металлургической 
промышленности. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6. Развитие и совершенствование 
автоматизированных систем управления 
технологическими процессами. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 56
2.7. Архитектура автоматизированной 
информационной системы современного 
промышленного предприятия.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 60
2.8. Открытые и закрытые информационные 
системы.
 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Контрольные вопросы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 69
3

3. Информационные технологии в металлургии. .  .  .  .  . . . . . . 70
3.1. Информационные технологии 
и их классификация . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2. Табличные процессоры. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 73
3.3. Сигналы, их виды и свойства. .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 75
3.4. Устройства связи с объектом. .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 79
3.5. Промышленные компьютеры и программируемые 
логические контроллеры . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . 82
3.6. Информационные технологии хранения данных. .  . . . 89
3.7. Модельные системы поддержки принятия 
решений . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.8. Информационная технология экспертных 
систем. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Контрольные вопросы. .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 108
Библиографический список . .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 110
4

ВВЕДЕНИЕ
Информация, так же как материя, энергия, пространство 
и время является фундаментальной составляющей нашего 
мироздания. Кажущаяся чем-то предельно простым и доступным, повсюду окружающая нас информация оказалась 
одной их самых труднодоступных концепций, процесс понимания которой происходил достаточно сложно и довольно 
долго. Открывая все новые свойства и возможности информации, человечество постепенно осознавало ту силу и могущество, которое она хранит в себе. На сегодняшний день ни для 
кого не секрет, что информация стала важнейшим стратегическим ресурсом общества, определяющим уровень развития государства, его экономический потенциал и положение 
в мировом сообществе. Крылатое выражение Натана Ротшильда «Кто владеет информацией, тот владеет миром», произнесенное более чем 200 лет назад, в настоящее время является невероятно актуальным. Именно поэтому крайне важно 
знать историю процесса познания концепции информации, 
ученых и изобретателей, внесших свой вклад в развитие информационных технологий.
Объем информации, сопровождающий промышленное 
производство, в наше время растет быстрыми темпами, а развитие промышленных технологий становится практически 
невозможным без использования информационных технологий. Современные тенденции развития промышленности, 
и металлургии в частности, характеризуются разработкой, 
внедрением и широким использованием информационных 
систем и технологий. Большая часть задач по управлению 
производством и распределением ресурсов, связанная со сбором информации, ее обработкой, хранением, подготовкой 
к принятию решения по управлению, переходит к информационным системам. Практика показывает, что на сегодняшний день наиболее ценны те специалисты, которые успешно 
совмещают на практике фундаментальные знания в области 
информатики, математического моделирования с пониманием физики, существа явлений, свойственных металлургическим технологиям.
5

Главной целью учебного пособия является познакомить 
обучающихся с основными этапами истории познания информации и развития информационных технологий, структурой 
и архитектурой информационных систем и основными информационными технологиями, применяющимися в металлургической промышленности.
6

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
1.1. Информация и информационные 
революции
Информация – это фундаментальная составляющая нашего мира. На первый взгляд информация кажется чем-то предельно простым и доступным. Она окружает нас везде, а наше 
сознание переполнено ею. Но несмотря на кажущуюся простоту, это одна из самых труднодоступных концепций. Понимание концепции информации оказалось для человечества чрезвычайно сложным и долгим процессом. Открывая все новые 
свойства информации, человечество постепенно осознавало ту 
силу и могущество, которое она хранит в себе. Формирование 
современного информационного общества стало результатом 
четырех информационных революций, которые произошли 
в истории развития человеческой цивилизации (рис. 1.1).
ИНФОРМАЦИОННЫЕ  РЕВОЛЮЦИИ
......................................................................................................................................................................................
ВРЕМЯ
4 ТЫСЯЧИ ЛЕТ
ДО НАШЕЙ ЭРЫ
XVI ВЕК (середина)
НАША ЭРА
XIX ВЕК (конец)
НАША ЭРА
XX ВЕК (конец)
НАША ЭРА
ПЕРВАЯ
ВТОРАЯ
ТРЕТЬЯ
ЧЕТВЕРТАЯ
Информационные
революции
......................................................................................................................................................................................
Изобретение
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ
ТЕХНИКА.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
ПИСЬМЕННОСТЬ
КНИГОПЕЧАТАНИЕ
ТЕЛЕГРАФ, ТЕЛЕФОН,
РАДИО
......................................................................................................................................................................................
Результат
ИНФОРМАЦИЯ
МАССОВО ДОСТУПНА,
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
РОСТ
ОПЕРАТИВНОСТЬ
ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ
НА БОЛЬШИЕ 
РАССТОЯНИЯ
ОПЕРАТИВНОСТЬ
ОБРАБОТКИ
И КОМПАКТНОСТЬ
ХРАНЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ
ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЩЕСТВО
НАКОПЛЕНИЕ
И ПЕРЕДАЧА
ИНФОРМАЦИИ
СЛЕДУЮЩИМ
ПОКОЛЕНИЯМ
......................................................................................................................................................................................
ПОКОЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ
......................................................................................................................................................................................
Годы
1960-ые
1970-ые
1980-ые
с середины 1940-х,
1950-ые
Поколение
компьютеров
ВТОРОЕ
ПЕРВОЕ
ЧЕТВЕРТОЕ
ТРЕТЬЕ
......................................................................................................................................................................................
Элементная
база
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ
БОЛЬШИЕ И СВЕРХБОЛЬШИЕ
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
......................................................................................................................................................................................
Быстродействие
ДЕСЯТКИ ТЫСЯЧ 
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ
СОТНИ ТЫСЯЧ
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ
ДЕСЯТКИ И СОТНИ
МИЛЛИОНОВ
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ
БОЛЕЕ МИЛЛИОНА
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ
......................................................................................................................................................................................
СОЗДАНИЕ
ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА
МАШИННЫЕ ЯЗЫКИ
Программное
обеспечение
ТО ЖЕ +
МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ
И СЕТЕВЫЕ ПРОГРАММЫ
ТО ЖЕ +
АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ
ЯЗЫКИ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ТО ЖЕ +
ОПЕРАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ.
ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ
......................................................................................................................................................................................
 
Рис. 1.1. Информационные революции
7

Каждая информационная революция приводила не только 
к кардинальному изменению способов хранения, обработки 
и распространения информации, но и к коренному преобразованию как человеческих отношений, так и устройства человеческого общества. Следствием подобных преобразований 
явилось кардинальное усовершенствование человеческой цивилизации.
1.2. Первая информационная революция
Первую информационную революцию связывают с изобретением письменности  – величайшего культурного достижения человечества. Она появилась около пяти с половиной 
тысяч лет назад. Первыми письменность придумали шумеры, жившие в Междуречье (Месопотамии) в IV–III вв. до н.э., 
а шумерский язык стал первым языком с настоящим письмом. Шумеры писали заостренными палочками, выдавливая на глиняных табличках штрихи в форме клиньев. Отсюда возникло название такого письма – клинопись (рис. 1.2). 
Изображение предметов с помощью пиктограмм  – простых 
символов, отображающих важнейшие узнаваемые черты объекта (солнце, человек, вода и  т.д.)  – существовало и ранее. 
Однако пиктографическое письмо отличалось огромным количеством символов (каждому объекту соответствовал свой 
символ), а также ограниченной невозможностью отображения более сложных понятий (урожай, бедствие, изобретение 
и т.п.).
 
Рис. 1.2. Глиняные клинописные таблички шумеров
8

Величайшее достижение шумеров заключалось в том, что 
на определенном этапе развития их письменности символы 
стали использовать не для графического отображения объекта, а для его звукового обозначения. При этом слова, произносимые с помощью звука, не имели порой никакого, даже косвенного отношения к изображенным предметам. Суть такого 
подхода проиллюстрирована на рис. 1.3 на примере звукового сочетания английских слов «глаз» (eye) и «олень» (deer), 
позволяющего обозначить такое понятие, как «идея» (idea). 
Комбинируя различные звуковые картинки, древние жители 
Месопотамии могли выразить любую, даже самую абстрактную идею и сохранить ее в глине на долгое время. Такой подход позволил приблизиться к тем тайнам, которые хранит 
в себе информация, и осознать два ее важных свойства:
–
– любую, даже самую сложную информацию можно отобразить в виде простых символов;
–
– информация может легко «перетекать» из одной формы 
в другую (в данном случае, информация об объекте, зафиксированная с помощью звуков, может быть записана в виде символов).
Рис. 1.3. Пример фонетического отображения информации
Почему же изобретение письменности связывают с первой информационной революцией? Появление письменности 
совпадает по времени с развитием городов и сопутствующей 
этому явлению полной перестройкой общества. В то же время 
в Древней Месопотамии появляются колесо и знание о плавке 
меди. Письменность позволила хранить и передавать информацию, что повлияло на развитие ремесел и сельского хозяйства, торговлю, строительство, искусство. Изобретение письменности стало ключевым элементом экономической базы 
древней цивилизации.
9

1.3. Вторая информационная революция
Прошло около 5 тыс. лет со времени изобретения письменности, и за это время люди изобрели бумагу и бумажные книги, которые переписывались от руки. В середине XV в. книги 
были роскошью, которую могли себе позволить только очень 
богатые и образованные люди. Очевидно, что назрела необходимость в технологии массового производства книг.
Вторая информационная революция была вызвана изобретением и распространением книгопечатания и расширила 
доступ к информации широким слоям населения благодаря 
тиражированию знаний. Немец Иоганн Гуттенберг (Johannes 
Gutenberg, 1399–1468) между 1450 и 1455 гг. изобрел печатный пресс и наборный шрифт. Хотя печатное дело впервые появилось в XI в. в Китае, именно печатный станок Гуттенберга 
и примененный им метод съемных шрифтов способствовали 
его распространению.
На момент изобретения Гуттенбергом печатного станка 
в Европе существовала мощная информационная индустрия. 
В многочисленных монастырях жили сотни хорошо обученных письму монахов Каждый из них трудился от рассвета 
до заката шесть дней в неделю, переписывая книги от руки. 
Умелый, хорошо подготовленный монах мог переписать четыре страницы в день, или 25 страниц за шестидневную рабочую неделю; ежегодная производительность составляла 1200–
1300 рукописных страниц.
Благодаря изобретению печатного станка к 1505 г. тиражи 
книг в 500 экземпляров стали массовым явлением. Производительность в сфере изготовления книг выросла в несколько 
тысяч раз.
За очень незначительное время революция в книгопечатании изменила институты общества, включая и систему образования, создала дополнительные возможности приобщения к культурным ценностям сразу больших слоев населения. 
Именно изобретение печатного станка позволило организовать массовое производство и стандартизацию процесса обработки информации, что проложило дорогу промышленной революции и капитализму. В последовавшие за ней десятилетия 
10