Информационные технологии в металлургии

Москва 2023

МИ НИ С Т ЕРС Т ВО НА УКИ  И  ВЫС ШЕГО ОБРА З ОВА НИ Я РФ

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

№ 4662

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 направле
нию 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. 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

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.

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.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Информация и информационные 

революции

Информация – это фундаментальная составляющая наше
го 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).

 

ВРЕМЯ
4 ТЫСЯЧИ ЛЕТ
ДО НАШЕЙ ЭРЫ

с середины 1940-х,
1950-ые

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................................................

ИНФОРМАЦИОННЫЕ  РЕВОЛЮЦИИ

Информационные
революции

Изобретение

Годы

Поколение
компьютеров

Элементная
база

Быстродействие

Программное
обеспечение

Результат

ПЕРВАЯ
ВТОРАЯ
ТРЕТЬЯ

ТРЕТЬЕ

ЧЕТВЕРТАЯ

ЧЕТВЕРТОЕ

XVI ВЕК (середина)
НАША ЭРА
XIX ВЕК (конец)
НАША ЭРА
XX ВЕК (конец)
НАША ЭРА

ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЩЕСТВО

ПИСЬМЕННОСТЬ
КНИГОПЕЧАТАНИЕ
ТЕЛЕГРАФ, ТЕЛЕФОН,
РАДИО

ИНФОРМАЦИЯ
МАССОВО ДОСТУПНА,
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
РОСТ

НАКОПЛЕНИЕ
И ПЕРЕДАЧА
ИНФОРМАЦИИ
СЛЕДУЮЩИМ
ПОКОЛЕНИЯМ

ОПЕРАТИВНОСТЬ
ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ
НА БОЛЬШИЕ 
РАССТОЯНИЯ

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ
ТЕХНИКА.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

ОПЕРАТИВНОСТЬ
ОБРАБОТКИ
И КОМПАКТНОСТЬ
ХРАНЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ

ПОКОЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ

1960-ые
1970-ые
1980-ые

СОЗДАНИЕ
ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА

БОЛЬШИЕ И СВЕРХБОЛЬШИЕ
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

ДЕСЯТКИ И СОТНИ
МИЛЛИОНОВ
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ

ТО ЖЕ +
МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ
И СЕТЕВЫЕ ПРОГРАММЫ

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

БОЛЕЕ МИЛЛИОНА
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ

ТО ЖЕ +
ОПЕРАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ.
ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ

СОТНИ ТЫСЯЧ
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ

ТО ЖЕ +
АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ
ЯЗЫКИ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

ДЕСЯТКИ ТЫСЯЧ 
ОПЕРАЦИЙ В СЕКУНДУ

МАШИННЫЕ ЯЗЫКИ

ВТОРОЕ
ПЕРВОЕ

Рис. 1.1. Информационные революции

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 изо
бретением 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

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 ото
бразить 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 пер
вой 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.

1.3. Вторая информационная революция

Прошло около 5 тыс. лет со времени изобретения письмен
ности, 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 изо
бретением 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 книгопеча
тании 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 

по всей Европе были созданы новые университеты, но, в отличие 
от ранее существовавших, в которых основное внимание 
уделялось теологии, в них преподавали светские дисциплины – 
право, медицину, математику, натуральную философию 
(естественные науки).

1.4. Изобретение перфокарт

На протяжении 5 тыс. лет письменность была единствен
ной информационной технологией, доступной человечеству. 
В XVIII–XIX вв. в период промышленной революции в Европе 
появилось много инноваций в различных областях промышленности, 
основанных на машинном производстве. Новые технологии 
не были связаны между собой, однако практическое 
применение таких технологий в разных отраслях промышленности 
наводило на мысль о возможности их кардинального 
улучшения благодаря использованию информационных технологий. 


Одна из первых информационных технологий нового по
коления была создана в начале XIX в. во французском Лионе. 
В то время в этом городе была сконцентрирована крупнейшая 
в мире индустрия производства тканей, в которой применялось 
около 14 тыс. ткацких станков. Спрос на ткани из Лиона 
был огромным. Большинство тканей имело сложный изысканный 
рисунок, однако процесс их производства был крайне 
медленным и тяжким из-за необходимости вручную набирать 
узор. Подмастерье забирался внутрь станка и по команде 
мастера вручную опускал и поднимал определенные многочисленные 
нити основы, число которых могло исчисляться 
сотнями. При этом необходимо было иметь высокую квалификацию, 
проявить максимум внимания, чтобы не допустить 
ошибку, иначе рисунок мог сбиться. 

Жозеф Мари Жаккар (Joseph Marie Jacquard, 1752–1834) 

работал над автоматизацией утомительного и долгого процесса 
создания тканей с рисунком. В 1804 г. он представил свой усовершенствованный 
станок на выставке в Париже и был удостоен 
золотой медали. Предложенная изобретателем модернизация 
не вносила существенных изменений в конструкцию станка, 

а лишь дополняла ее. Жаккар понимал, что механизм ткацкого 
станка должен осуществлять последовательность действий, 
выполняемых подмастерьем и ткачом в соответствии с установленной 
технологией, и иметь запоминающее устройство, 
позволяющее сохранить очередность команд, необходимых 
для выполнения сложных узоров. В качестве запоминающих 
устройств он применил карточки с отверстиями в определенных 
местах, которые мы сегодня называем перфокартами. 

Последовательность движения нитей в станке Жаккара 

была задана с помощью длинной «зацикленной» ленты перфокарт; 
каждая карта соответствовала одному проходу челнока 
(рис. 1.4, а). Считывающий механизм станка представлял собой 
набор щупов, которые были связаны со стержнями, управляющими 
движением нитей (рис. 1.4, б). При проходе карты 
щупы прижимались к ней и оставались неподвижными, при 
этом, если на пути щупов встречались отверстия, щупы проваливались 
в них и поднимали вверх соответствующие нити 
основы, тем самым образуя верхнюю часть зева для протаскивания 
поперечных нитей в целях получения основных 
перекрытий в ткани. Таким образом, последовательность отверстий 
на перфокартах позволяла осуществить необходимое 
чередование подъемов и опускания нитей основы, что в конечном 
итоге и формировало требуемый узор.

Изобретение Жаккара произвело революцию в ткацкой 

промышленности и представляло собой первый пример успешного 
программирования сложного механического устройства. 
Для смены узора на ткани необходимо было заменить на станке 
ленту из перфокарт, т.е. выполнить действие, которое мы 
в настоящее время называем загрузкой программы. Применение 
перфокарт представляло собой революционную идею с точки 
зрения не только совершенствования ткацких станков, но 
и развития науки в направлении осознания концепции информации. 
Суть изобретения Жаккара состояла в том, что любую, 
даже очень сложную информацию можно представить в виде 
простых карточек с отверстиями, расположенными в определенном 
порядке, что представляло собой простейшую программу 
с двумя позициями – «да» или «нет». Сейчас мы называем 
это двоичным кодом – универсальным языком работы ЭВМ.