ГОСТ Р МЭК 62264-1-2010 Интеграция систем управления предприятием. Часть 1. Модели и терминология
Приложение D
(справочное)
Элементы эталонной модели, разработанной Университетом Пэрдью (PRM)
D.1 Общие замечания
Данное приложение содержит выборочные части полностью опубликованной версии эталонной модели Университета Пэрдью, дающие общее описание этой модели. Приложение скомпоновано таким образом, чтобы помочь лучшему пониманию приведенных в нем моделей в контексте эталонной модели всего интегрированного предприятия. Некоторые не относящиеся к делу разделы и таблицы полного описания исключены. Ссылки исходного документа заменены сносками. Оставленные рисунки и таблицы перенумерованы последовательно.
Рисунок D.4 был видоизменен в целях показа иного разделения систем календарного планирования производства, управленческих информационных систем и систем выработки и реализации управляющих воздействий, чем в первоисточнике. Здесь показана граница между уровнями 3 и 4 (основанная на планируемых изменениях PRM по результатам анализа, проведенного группой SP95), а не между уровнями 2 и 3, как она представлена в исходном документе.
D.2 Типовой список макрофункций
Степень применимости общих концепций интеграции предприятия в значительной мере зависит от разработки стандартизованного перечня задач, функций и макрофункций для описания механизмов его интеграции. В рамках эталонной модели Университета Пэрдью для автоматизированных предприятий разработаны два таких перечня, один из которых основан на представлении иерархии календарного планирования и управления, а другой - на представлении схемы информационных потоков эталонной модели. Далее показаны связи двух этих совершенно разных представлений через перекрестные ссылки названий задач и места их использования в каждом из представлений. Для простоты изложения этот материал воспроизведен здесь вместе с важными сопутствующими описаниями системной архитектуры.
Одно из важнейших графических представлений - иерархия календарного планирования и управления в эталонной модели (рисунок D.1). В этой иерархии классифицируются задачи, решаемые промышленной системой управления в масштабах всего объекта управления или компании. На рисунке D.2 показано, как та же самая схема с небольшими изменениями только в именах выполняемых функций может характеризовать также задачи управления объектов в непрерывном или дискретном производстве. Рисунок D.3 дает расширенное представление предыдущих схем, охватывающее компанию с множественными объектами управления.
Рисунок D.1 - Гипотетическая иерархическая структура автоматизированной системы управления для крупного производственного комплекса
Рисунок D.2 - Гипотетическая иерархическая структура автоматизированной системы управления промышленным объектом
Рисунок D.3 - Гипотетическая иерархическая структура автоматизированной системы управления промышленной компанией, показывающая уровень 5 и его связь с уровнем 4
D.3 Форма представления типовых задач в иерархической структуре объекта управления
Для полностью автоматического управления любым современным крупным промышленным объектом независимо от конкретной отрасли необходимо удовлетворение всех требований, перечисленных в таблице D.1.
Таблица D.1 - Типовой перечень функций комплексных интегрированных информационных систем и систем автоматизации
1 | Создание крупномасштабной системы автоматического контроля большого числа переменных объекта управления, задействованных в очень широком наборе технологических операций и характеристик динамического поведения управляемого процесса. Такой контроль должен обнаруживать и компенсировать текущие или будущие аварийные ситуации или производственные проблемы |
2 | Разработка большого числа довольно сложных и обычно нелинейных зависимостей для преобразования некоторых рассмотренных выше значений переменных объекта управления в управляющие команды корректирующих воздействий |
3 | Передача вышеуказанных корректирующих команд очень большой группе рассредоточенных исполнительных механизмов самых разных типов |
4 | Усовершенствование производственных операций объекта во всех аспектах посредством приведения их в соответствие с близкими к оптимальным значениям подходящими экономическими или эксплуатационными критериями. Результаты такого усовершенствования могут применяться для корректировки управляющих воздействий, отмеченных в пункте 2, и использоваться функциями календарного планирования работы объекта (см. ниже пункт 8) |
5 | Реконфигурирование производственной системы объекта или управляющей системы соответственно конкретным потребностям и существующим возможностям для реализации приемлемой производственной или управляющей системы, которая отвечает текущим производственным условиям |
6 | Поддержание нужной степени осведомленности персонала объекта как оперативного, так и управленческого о текущем состоянии самого объекта, каждого его процесса и каждого выпускаемого изделия, а также о предложениях по возможным альтернативам, когда это необходимо |
7 | Преобразование эксплуатационных и производственных данных объекта, а также информации о качестве продукции к форме архивной базы данных для использования их в рамках функций технологической подготовки производства, других управленческих функций и маркетинга |
8 | Корректировка производственного графика объекта и ассортимента выпускаемой продукции в соответствии с потребностями заказчиков, отражаемыми в непрерывном входящем потоке заказов, при одновременном поддержании высокого уровня производительности и минимально возможного уровня фактических издержек производства. Эта функция призвана также обеспечивать надлежащие условия для реализации функций профилактического и внепланового техобслуживания |
9 | Определение и обеспечение надлежащей номенклатуры запасов и уровней потребления сырья, энергии, запчастей, полуфабрикатов и изделий для поддержания желаемых производственных и экономических показателей управляемого объекта |
10 | Гарантирование надлежащего уровня готовности управляющей системы к выполнению предписанных ей задач, осуществляемое на основе использования подходящего набора методов обнаружения неисправностей, резервирования, обеспечения отказоустойчивости и отказобезопасности |
11 | Организация интерфейсов с внешними сущностями, которые взаимодействуют с производственной системой объекта; это могут быть руководство корпорации, служба маркетинга, бухгалтерия, научно-исследовательский отдел корпорации, конструкторский отдел, внешняя транспортная система, поставщики и производители, отдел снабжения, заказчики и подрядчики |
Поэтому автоматизация любого такого промышленного объекта заключается в управлении его информационными системами в целях обеспечения гарантий, что необходимая информация будет собираться и использоваться всюду, где она способствует повышению качества функционирования управляемого объекта, то есть требуется реализация технологии информационных систем в самом широком смысле этого термина.
Практика автоматизации постоянно показывает, что одно из главных преимуществ использования систем управления на базе цифровых компьютеров состоит в неизбежности дальнейшего расширения масштабов компьютеризации и "принудительного" внедрения автоматизированных систем управления промышленными объектами. В этом плане одними из главных задач управляющего компьютера становятся непрерывное подтверждение факта, что оборудование системы управления выполняет именно ту работу, для которой предназначено, и обеспечение качества функционирования агрегатов производственной системы на уровне, близком к оптимальному. Например, в системе управления объектом непрерывного производства необходимо следить за тем, чтобы контроллеры не были установлены в положение режима ручного управления, что поддерживаются оптимальные значения установок и т.п. Аналогично в задачу динамического управления входит строгое слежение за выполнением производственного графика, то есть "приводить в исполнение" задачу, поставленную функцией календарного планирования производства.
Часто задачи, выполняемые вышеупомянутыми системами управления, таковы, что в принципе могли бы решаться опытным и внимательным оператором. Однако в сохранении не ослабевающего внимания в течение длительного промежутка времени он явно не может соревноваться с системой автоматического управления.
Как уже отмечалось ранее, все отмеченные выше факторы подлежат обязательному учету при проектировании и эксплуатации системы управления, включая требования максимальной производительности и минимального расхода сырья и энергии. По мере ужесточения общих требований к экономии энергетических ресурсов и повышению эффективности производства должны создаваться и более сложные комплексные системы управления, обладающие более широкими возможностями.
Хотя рассмотренный выше перечень задач действительно является типовым для любых объектов (как непрерывного, так и дискретного производства), его следует сделать более компактным в целях упрощения дальнейшего обсуждения, для которого будет достаточно рассмотреть комплексную систему управления производственным объектом с функциями и возможностями, показанными в таблице D.2.
Таблица D.2 - Обеспечиваемые масштабы автоматизации объекта управления
1 | Эффективное динамическое управление каждым эксплуатируемым агрегатом производственного объекта гарантирует его работу с максимальной отдачей производственной мощности при высоком качестве изделий и уровне расхода материалов и энергии, определяемом объемом выпуска продукции, который задан перечисленными ниже функциями календарного планирования и диспетчерского управления производством. Это "принудительный" компонент системы, который осуществляет прямую компенсацию любых непредвиденных ситуаций в управляемой единице оборудования |
2 | Система диспетчерского управления и координации, которая определяет и задает локальный объем производства для всех агрегатов, работающих совместно на участке между пунктами хранения запасов, в целях постоянной корректировки (то есть оптимизации) их функционирования. Эта система гарантирует, что ни один из агрегатов не превысит заданного для общего участка объема производства и потому не будет перерасхода сырья или энергии. Она также реагирует на возникающие непредвиденные ситуации или нарушения нормальной работы любых управляемых ею агрегатов во взаимодействии с их системами динамического управления, которые при необходимости прекращают или периодически сокращают выпуск продукции подконтрольными агрегатами, чтобы компенсировать ту или иную непредвиденную ситуацию. Кроме того, система диспетчерского управления и координации "отвечает" за эффективное преобразование оперативных производственных данных вышеупомянутых динамически управляемых агрегатов, чтобы обеспечить возможность их использования любыми другими единицами оборудования по запросам, а также для занесения их в архивную базу данных объекта |
3 | Комплексная система управления производством, способная осуществлять функции календарного планирования производства в масштабе всего объекта на основе заказов потребителей или управленческих решений так, что выпуск требуемых изделий обеспечивается наилучшим (близким к оптимальному) способом и при этом высокое качество обслуживания заказчиков сочетается с экономным расходованием времени, энергии, запасов, людских ресурсов и сырья в стоимостном выражении |
4 | Метод повышения общей надежности и готовности интегрированной системы управления, который предусматривает механизмы обнаружения неисправностей и обеспечения отказоустойчивости; использование источников бесперебойного питания (ИБП); надлежащее планирование техобслуживания и другие подходящие средства, закладываемые в системную спецификацию и режим эксплуатации |