Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-4

Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести рабо-

ту по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание

рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов ин-

формации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических

средств. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно,

но уже с

1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило

каждые 10 лет, к 1970 г. – уже каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно. Появились

противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и

переработке информации и существующими мощными потоками и массивами

хранящейся информации.

Мы все являемся свидетелями беспрецедентного в истории человечества

и удивительного по своему

содержанию социального феномена. Его суть заклю-

чается в том, что развитие информационной техники и информационных техно-

логий существенно опережает возможности человека по их эффективному ис-

пользованию. В связи с этим возникает проблема перестройки всей системы об-

разования. Ведь система образования отстает от фундаментальной науки на 5–10

лет, что при высоких темпах информатизации

недопустимо. Сегодня требуется

формирование у будущего специалиста нового, информационного мировоззре-

ния, а также существенное повышение информационной культуры.

На любом металлургическом предприятии кроме энергии и сырья ис-

пользуется также информация – жизненно важный продукт, необходимый для

того, чтобы быть в курсе всей деятельности предприятия и руководить ею, обес-

печивать нормальное функционирование предприятия.

Заметим, что объем ин-

формации, циркулирующей на крупных металлургических предприятиях, за по-

следние 5 лет возрос примерно на порядок.

Сегодня, несмотря на все трудности, металлургический комплекс Рос-

сийской Федерации включает около 200 предприятий черной и 130 предприятий

цветной металлургии. В комплексе занято около 1,5 млн. человек. В 1998 году

по сравнению с 1990 годом объем производства проката

составил 54 %, труб 24

%, алюминия 103 %, меди 80 %, никеля 70 %, титана 50 %, при этом потребность

проката снизилась в 3,8 раза. Несмотря на все эти изменения предприятия ме-

таллургии и сегодня играют важную роль в формировании макроэкономических

показателей экономики страны. На них сосредоточено 12,1 % стоимости основ-

ных фондов промышленности и занято 9 % производственного потенциала, они

производят 14 % промышленной продукции, обеспечивают около

20 % налого-

вых поступлений промышленности. Доля металлургии в валовом объеме, на-

пример, Свердловской области, значительно выше, чем в среднем по стране, за

последние 10 лет она возросла с 30 % до 50 %. Огромные производственные

мощности России остаются нереализованными.

Главная цель развития металлургического комплекса страны состоит в

сохранении и расширении рынков металлопродукции на базе повышения конку-

рентоспособности продукции. Конкурентоспособность предприятий, при прочих

равных условиях (высокие технологии, богатое сырье, ресурсосбережение и эко-

логия), будет определяться соответствием качества и объема промышленной

информации рациональным технологическим требованиям. Это в равной степе-

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-5

ни относится к производству проката из титана на Верхнесалдинском металлур-

гическом производственном объединении, труб на Первоуральском новотруб-

ном заводе, листа на Магнитогорском металлургическом комбинате.

Отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что разви-

тие предприятий металлургического комплекса, решение проблемы качества и

конкурентоспособности металлопродукции на мировом рынке требуют коренно-

го совершенствования систем

сбора, хранения, обработки, передачи и использо-

вания информации, используемых как для управления технологическими про-

цессами, так и управления производством в целом.

Как нервные импульсы заставляют работать мышцы, так и информация

приводит в движение оборудование и людей на металлургическом предприятии.

Информационные потоки, циркулирующие на промышленном предприятии с

помощью систем связи хранения и

передачи информации, образуют его «нерв-

ную систему». Первоочередная задача для крупнейших предприятий металлур-

гии – это создание информационных систем анализа сквозной технологии от до-

бычи руды до получения готовой продукции.

Основное внимание в дальнейшем мы будем уделять использованию ин-

форматики на металлургических предприятиях. Главной целью изложения будет

являться формирование определенного мировоззрения

в информационной сфере

и освоении информационной культуры, т.е. умения целенаправленно работать с

информацией. Предварительно отметим, что в любой области экономической и

социальной деятельности, на любом металлургическом предприятии, занимаю-

щемся производством и распределением продукции, создается и используется

информация.

Заметим, что под информацией обычно понимают сведения об объектах

и явлениях окружающей среды

, их параметрах, свойствах и состоянии.

Система информации существует в естественном виде, она образует ин-

формационную среду. При наличии систем автоматики, современной электрон-

ной вычислительной техники или даже без них информация существовала и су-

ществует, она непрерывно циркулирует. Совокупность информационных пото-

ков и обменов составляет систему информации.

Система информации простирается далеко за пределы предприятия, по-

скольку она охватывает все данные, имеющие отношение к деятельности этого

предприятия и представляющие для него интерес. Таким образом, система ин-

формации оказывается связанной с информационной средой и вне данного пред-

приятия.

Несмотря на наличие мощных технических средств, при использовании

информации иногда все еще прибегают к кустарным методам

– каждая произ-

водственная ячейка создает свою собственную небольшую систему информации

аналогично тому, как на заре электричества отдельные предприятия располага-

лись вдоль рек, получая энергию от своих турбин. Теперь снабжение энергией

производится централизованно – от сетей распределения электричества, газа, те-

пловой энергии. Так и в сфере информационной деятельности наступила эра ав-

томатизированных

информационных центров, которые предусматривают обра-

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-6

щение на больших расстояниях к банкам данных и банкам знаний, обеспечивают

возможность коллективного использования информационных ресурсов.

Внесло ли это какие-либо изменения в информационную сферу метал-

лургического предприятия? Конечно. Независимо от того, идет ли речь о мест-

ном (локальном) устройстве обработки или об удаленном устройстве, исполь-

зуемом несколькими потребителями, необходимость в

системе сбора, первичной

обработке данных не только не отпадает, а, наоборот, увеличивается в связи с

быстрым развитием автоматизированных информационных систем. Опыт мас-

сового внедрения в промышленность в 70–90-е гг. вычислительной техники без

надежного информационного фундамента привел не только к потере их потен-

циального эффекта, но и в ряде случаев – к

дискредитации на производстве сис-

тем управления с применением ЭВМ.

Современные информационные технологии управления характеризуют-

ся, прежде всего, широкой компьютеризацией измерительных операций. В ком-

пьютерных системах получают распространение многооконный интерфейс, спе-

циальные интерпретирующие языки, традиционные операционные системы до-

полняются рядом новых компонентов в виде прикладных программ, модулей

для разработки и отладки программ

, обслуживания аппаратных средств для объ-

ектно-ориентированной среды управления, совершенствуется человеко-

машинный интерфейс в диалоговых информационных системах, широко исполь-

зуются средства телекоммуникаций. Информационные системы создаются с от-

крытой архитектурой для реконфигурации и наращивания дополнительных

функций управления. Для передачи и обмена информацией между территори-

ально распределенными подсистемами в условиях мощных промышленных

по-

мех применяются беспроводные и оптоволоконные световые линии связи, а хра-

нение информации успешно осуществляется в банках данных.

К эволюции информационных технологий управления в металлургиче-

ской промышленности относятся замена классических щитов контрольно-

измерительных приборов с множеством вторичных приборов и одноконтурных,

локальных регуляторов на распределенные компьютерные рабочие модули с

цветными дисплеями на

базе локальных информационных сетей. Широко вне-

дряются модели самых разных классов и видов, осуществляется диалог про-

мышленного персонала (лица, принимающего решение) с информационной сре-

дой, начаты разработки перспективных информационных систем на базе искус-

ственного интеллекта, в частности, – экспертных систем управления техноло-

гиями.

Заметим, что объем средств, затрачиваемых на создание и

функциониро-

вание информационных систем, значителен, очень часто напрямую зависит от

размера предприятия и составляет (исходя как из мирового, так и из российского

опыта) от одного до трех процентов от объема годового оборота металлургиче-

ского предприятия.

С точки зрения производства технических средств информатизации и их

технологии, мы отстали от передовых развитых стан

. А вот с точки зрения соз-

дания информационных систем, наши передовые предприятия металлургии мо-

гут оказаться впереди этих стран. Действительно, у большинства предприятий

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-7

средства на замену появились только во времена появления 386-го процессора.

Именно поэтому многие российские предприятия были укомплектованы гораздо

лучше аналогичных западных фирм. Тот же путь предстоит пройти и информа-

ционным системам на российских предприятиях: сегодня имеется возможность

применять такие технические средства информатизации, которые получат на за-

паде распространение только в XXI веке

. Здесь справедлива истина – скупой

платит дважды. Сегодня необходимо вкладывать средства в передовые инфор-

мационные технологии.

Для характеристики роли отдельных информационных технологий рас-

смотрим общую структуру информационной системы.

1.2. Структура информационной системы

Сотрудник отдела снабжения и сбыта, подтверждающий получение зака-

за, технический директор, определяющий техническую политику предприятия,

любой металлургический агрегат, «выдающий

продукцию», – все это является

источником информации.

Последствия поведения или функционирования каждого из них в соот-

ветствующей сфере деятельности (заказ, принятие решения о техническом пере-

вооружении, состав получаемого материала и т.п.) порождают то, что принято

называть событием в самом широком смысле этого слова.

События по-разному отражаются на функционировании предприятия:

одни остаются без внимания, другие представляются на усмотрение профессио-

нально компетентных лиц, которые располагают большой свободой действий

для локального управляющего воздействия в соответствии с полученной инфор-

мацией; информация о третьей разновидности событий используется в соответ-

ствии с установленными правилами, что в определенный момент времени вызы-

вает управляющее воздействие на уровне основных

ресурсов, участвующих в

рассматриваемом процессе.

Подобно термину «событие», термин «управляющее воздействие» здесь

понимается в самом широком смысле: он может означать поставку сырья, изъя-

тие изделия из каталога выпускаемой продукции, составление отчета, переста-

новку оборудования, ремонт металлургического агрегата, управление техноло-

гическим режимом данного конкретного металлургического агрегата и т.п. Та-

ким

образом, в общем случае под управлением понимается совокупность воз-

действий на систему, переводящих ее в требуемое целевое состояние.

Эти управляющие воздействия влияют на ход событий и сами в соответ-

ствующие моменты времени проявляются через другие события, так что цикл

замыкается.

Таким образом, мы имеем здесь дело с тем, что принято называть

сис-

темой информации. Из этой системы мы рассмотрим лишь установившийся

информационный цикл (рис. 1.1). Событие генерирует информацию, которая за-

тем используется с промежуточной обработкой или без нее; это использование

вызывает управляющее воздействие.

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-8

С этим процессом мы встречаемся во всех системах управления. Система

информации представляет собой информационную среду, которая позволяет оп-

ределить: где, когда, при каких обстоятельствах произошло событие? Каким об-

разом его воспринять, уловить, зафиксировать? Где, когда и как следует приме-

нить управляющее воздействие?

Использование информации подразумевает ряд воздействий, выполняе-

мых искусственно созданной

автоматизированной информационной систе-

мой. Следовательно, автоматизированная информационная система создается

человеком искусственным путем. В дальнейшем уточним это понятие.

Рассмотрим основные процессы в информационной системе.

Автоматизированная информационная система в общем случае осущест-

вляет следующие операции (рис. 1.1):

1) сбор, первичная обработка и оценка достоверности информации;

2) преобразование информации, т.е. возможное преобразование

инфор-

мации (перекодирование, перезапись), когда способ представления

информации или ее носитель не совместимы с блоком ее использова-

ния;

3) передача информации в пункт хранения;

4) хранение информации;

5) возможная вторичная обработка, когда полученную информацию

нельзя использовать непосредственно, т.е. когда она в том виде, в ка-

ком есть, не может вызвать

требуемого управляющего воздействия;

6) передача информации и выдача информации пользователю (пред-

ставление информации);

7) компьютерная поддержка принятия решений;

8) использование информации лицом, принимающим решение, для осу-

ществления задач управления.

Следует отметить особую роль моделей разного класса и вида на всех

этапах. Известный русский академик А.Н. Крылов в 1937 г. еще

в период зарож-

дения вычислительной техники и информатики предупреждал, «что если в вы-

числительное устройство загрузить информационный мусор, то на выходе вы-

числителя получим также мусор». Последующий опыт показывает, что только

использование адекватных моделей разного класса (математических моделей

технологических процессов, моделей знаний, моделей данных и т.п.) может

обеспечить успешность и

эффективность функционирования информационных

систем.

В дальнейшем мы будем рассматривать преимущественно автоматизиро-

ванные информационные системы, а предметом нашего рассмотрения является

бурно развивающийся раздел информатики – компьютерная информатика, на

наш взгляд, в большинстве случаев неоправданно отождествляемая с самой ин-

форматикой.

Под компьютерной информатикой мы будем понимать естественно-

научную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, обработки,

передачи,

хранения, отображения и использования информации с применением средств

вычислительной техники.

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-9

1-10

Пред-

ставле-

ние ин-

форма-

ции

Модельная

поддержка

Экспертная

поддержка

Принятие

решения

(лицо,

прини-

мающее

решение)

Управляющее

воздействие

Автоматизированная информационная система

Модель

САУ

ЭВМ

Не использ

ется

Другие

источники

Система

модель-

ной под-

держки

принятия

решений

Эксперт-

ная сис-

тема

Рис. 1.1. Структура информационной системы

Компьютерная поддержка

принятия решений

Собы-

тие

Гене-

рирует

инфор-

мацию

Сбор,

первич-

ная об-

работка,

провер-

ка дос-

товерно-

сти

Преоб-

разова-

ние ин-

форма-

ции

Пере-

дача

инфор-

мации в

пункт

хране-

ния

Хране-

ние ин-

форма-

ции

Вто-

ричная

обра-

ботка

Информационная поддержка

ЭВМ ЭВМ ЭВМ ЭВМ

ЭВМ

Модель Модель Модель Модель Модель

Модель

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-11

Особо отметим, что на всех этапах, указанных на рис. 1.1, современные

информационные системы предусматривают широкое использование компью-

терной техники.

Конкретизируем понятие автоматизированной информационной систе-

мы.

Автоматизированная информационная система – это искусственно

созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств (в том числе и

компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения,

обработки, манипулирования и выдачи

информации в интересах достижения

поставленной цели.

Иными словами, информационная система – это человеко-компьютерная

система для поддержки принятия решений и производства информационных

продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.

При всем многообразии информационных систем главная их цель, как

следует из рис. 1.1, одна: предоставить достоверную информацию в опреде-

ленное время, определенному лицу, в определенном месте и за определенную

плату.

Отметим различие между компьютерными и информационными систе-

мами.

Компьютеры, оснащенные специализированными программными сред-

ствами, являются технической базой для информационных систем. Информаци-

онная система включает и персонал, взаимодействующий с компьютерами.

В силу исключительной сложности большинства металлургических тех-

нологий, осуществление управления ими даже при высоком уровне компьюте

ризации и моделирования металлургических систем без участия человека невоз-

можно. В связи с эти отметим важную роль человека (промышленного персона-

ла, лица, принимающего решение) при окончательном принятии решения в ме-

таллургии. Именно поэтому участие человека в современных информационных

системах, особенно при принятии решений, как мы покажем в дальнейшем, жиз-

ненно

необходимо.

Различают фактографические и документальные информационные сис-

темы.

В фактографических информационных системах регистрируются

факты – конкретные значения данных об объектах реального мира. Структури-

рованность информации в фактографических информационных системах позво-

ляет им однозначно отвечать на запросы пользователя типа: «Какой объем про-

дукции определенного типа произведен на предприятии за последнюю рабочую

смену?», «Каково

тепловое состояние доменной печи, оцениваемое по тем или

иным параметрам?».

Документальные информационные системы обслуживают принципи-

ально иной класс задач, которые не предполагают однозначного ответа на по-

ставленный вопрос. Они оперируют неструктурированными текстовыми доку-

ментами (статьи, книги, тексты законов и т.д.) и снабжены тем или иным форма-

лизованным аппаратом поиска.

Цель такой системы, как правило, – выдать в от-

вет на запрос пользователя список документов, в какой-то мере удовлетворяю-

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-12

щих сформулированным в запросе условиям. Например, выдать список всех ста-

тей, в которых встречается слово «теплообмен».

Деятельность любого промышленного предприятия, в том числе и ме-

таллургического, можно условно разделить на две части: первая – это непосред-

ственно производственный процесс, вторая – финансово-экономическая дея-

тельность предприятия. Требования к информационным системам по финансо-

во

-экономической деятельности не имеют, пожалуй, особой специфики для раз-

личных областей, но производственная деятельность крупного металлургиче-

ского производства, включающего множество технологических циклов и по-

требляющего разное сырье (как исходное, так и промежуточное), всегда ставит

задачу контроля технологических цепочек на всех этапах. В металлургии сбои в

технологическом цикле могут иметь как

тяжелые финансовые последствия, так и

приводить к крупным авариям. Соответственно контроль должен осуществлять-

ся в реальном времени и непрерывно, что выдвигает требования к производи-

тельности информационных систем, гарантии качества услуг и их надежности.

Впрочем, надежность и защищенность систем не в меньшей степени требуются

и для финансово-экономической деятельности, так как объем

входящих и исхо-

дящих финансовых потоков, а также циркулирующих внутри предприятия весь-

ма велик.

Любое более-менее серьезное предприятие металлургической отрасли

нередко представляет собой конгломерат нескольких, в известной степени неза-

висимых друг от друга, но связанных производств. В зависимости от размеров

предприятия и области металлургии, в которой оно специализируется, количест-

во этих производств может варьироваться. Относительная автономность всех

производств тем не менее подразумевает их слаженную работу и сопряженность

технологических циклов. В связи с этим необходимо создание ряда независимых

друг от друга информационных систем и обеспечение их интеграционного взаи-

модействия друг с другом.

Главная цель информационных систем в металлургии – это создание эф

фективной и надежной информационной структуры анализа сквозной техноло-

гии, пригодной к промышленному использованию. Под сквозной технологией в

черной металлургии для предприятий с полным металлургическим циклом

обычно понимают комплекс технологических операций в системе подготовка

руд к плавке – доменный передел – сталь – металлопрокат. В мировой практике

принято рассматривать комплексные системы автоматизации предприятий в

ви-

де 5-уровневой пирамиды. Структуру информационной системы крупного про-

мышленного предприятия обычно представляют в виде пирамиды (рис. 1.2).

Исторически процесс информатизации проникал на производство с двух

сторон – «сверху» и «снизу».

«Сверху» (самый верхний, пятый уровень) в офисах создаются информа-

ционные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автомати-

зация бухгалтерского

учета, управления финансами и материально-техническим

снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и

др. Этот уровень называется планирование ресурсов производства, т.е. мате-

Глава 1. Информационные системы и технологии

1-13

АСУ ТП

АСУП

Ввод-вывод инфор-

мации (датчики, ис-

полнительные меха-

низмы, регулирую-

щие органы)

Планирование ресурсов предприятия (бух-

галтерия, снабжение, маркетинг и др.).

Управление ресурсами предприятия

Input / Output

Level

Manufacturing Resource Planning

Enterprise Resource Planning

MPR

ERP

Input / Output

Сбор данных и непосредст-

венное управление, осно-

ванные на использовании

датчиков, регуляторов, ис-

полнительных механизмов

Диспетчерская система сбора и

управления (система оператив-

ного управления технологиче-

ским процессом

)

Система исполнения производства

(управление технологией)

Control Level

Supervisory Control and

Data Acquisition

Manufacturing Execution

stems

MES

SCADA

Control

Технологический объект

риальных ресурсов (MRP, Manufacturing Resource Planning), или управление

всеми ресурсами предприятия (ERP, Enterprise Resource Planning).

Самый нижний, первый уровень представляет собой набор датчиков, ис-

полнительных механизмов и других устройств, предназначенных для сбора пер-

вичной информации и реализации управляющих воздействий. Этот уровень на-

зывается I/O (Input/Output, ввод/вывод).

Следующий, второй уровень предназначен для непосредственного

управления производственным процессом с помощью

различных устройств

связи с объектом (УСО), программируемых логических контроллеров (ПЛК,

PLC – Programmable Logic Controller) или (и) промышленных (индустриаль-

ных) компьютеров (PC, ПК). Это уровень (Control Level – простое управле-

Рис. 1.2. Уровни автоматизированной информационной системы

промышленного предприятия