ГОСТ Р ИСО 15746-1-2016

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Системы промышленной автоматизации и интеграция

ИНТЕГРАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Часть 1

Структура и функциональная модель

Automation systems and integration. Integration of advanced process control and optimization capabilities for manufacturing systems. Part 1. Framework and functional model

ОКС 25.040.40

Дата введения 2017-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "НИИ экономики связи и информатики "Интерэкомс" (ООО "НИИ "Интерэкомс") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 100 "Стратегический и инновационный менеджмент"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 декабря 2016 г. N 1935-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 15746-1:2015* "Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция возможностей усовершенствованного управления технологическими процессами и оптимизации для производственных систем. Часть 1. Структура и функциональная модель" (ISO 15746-1:2015 "Automation systems and integration - Integration of advanced process control and optimization capabilities for manufacturing systems - Part 1: Framework and functional model", IDT)

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2020 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Системы комплексной автоматизации и системы управления, построенные на основе методов и решений усовершенствованного управления и оптимизации технологических процессов (APC-O-методологии), являясь ключевой частью производственных систем повышенной сложности, предназначены для выполнения задач в соответствии с графиками производственного и календарного планирования. Комплекс международных стандартов ИСО 15746 определяет интеграционные возможности APC-O-методологии, принципы управления производственными процессами (MOM-управление), а также принципы автоматизации и управления производственными процессами и оборудованием.

На рисунке 1 приведена функциональная модель, включающая функциональные возможности (в соответствии с МЭК 62264) производственных процессов и организованная в иерархическую структуру, состоящую из следующих уровней:

a) Уровень 0 определяет реальные производственные процессы;

b) Уровень 1 определяет деятельность, связанную со сбором информации и управлением конкретными производственными процессами. Деятельность на уровне 1, как правило, происходит (осуществляется) в течение нескольких секунд и времени менее одной секунды;

c) Уровень 2 определяет деятельность, связанную с мониторингом и управлением реальными производственными процессами. Деятельность на уровне 2, как правило, происходит (осуществляется) в течение нескольких часов, минут, секунд и времени менее одной секунды;

d) Уровень 3 определяет деятельность, связанную с производственными процессами, которые необходимы для получения требуемой конечной продукции, и включающую в себя мероприятия по ведению учета и координации процессов. Деятельность на уровне 3, как правило, происходит (осуществляется) в течение нескольких дней, смен, часов, минут и секунд;

e) Уровень 4 определяет деятельность, связанную с бизнесом и необходимую для управления производственным предприятием, которая включает в себя формирование основного производственного плана предприятия (технологического оборудования), например по использованию материалов, их поставки и отгрузки продукции, определяющего уровень необходимых материально-технических запасов и контроль за своевременной поставкой материалов на соответствующий производственный участок. При этом информация, получаемая на уровне 3, оказывает решающее влияние на деятельность, осуществляемую на уровне 4. Деятельность на уровне 4, как правило, происходит (осуществляется) в течение нескольких месяцев, недель и дней.

Рисунок 1 - Функциональная иерархия уровней

В ИСО 15746 основное внимание уделено интеграции возможностей APC-O-методологии в управляющую деятельность на Уровне 2, а также в деятельность по управлению производственными операциями (MOM-управление) на Уровне 3 (см. рисунок 1).

APC-O-система на Уровне 2 взаимодействует с MOM-системой на Уровне 3 и передает информацию о производственных процессах в MOM-систему, и в свою очередь, принимает от нее соответствующие команды управления и выполняет их. APC-О-система на Уровне 3 принимает (выборочно) измерительные сигналы и непрерывно контролирует поведение системы, и в свою очередь, по результатам мониторинга осуществляет управление производственной системой на Уровне 2.

Техническое решение (реализация) в части автоматизации, состоит из программных и аппаратных средств различных производителей, используемых для реализации АРС-О-системой всех своих функциональных возможностей. По причине многообразия существующих средств проектирования и приоритетных требований к этим решениям, предоставляемым различными производителями, они являются практически изолированными и относительно независимыми, что затрудняет возможность интеграции этих решений для обеспечения комплексной автоматизации. По этой причине потребители могут приобретать различные компоненты этих решений с зарезервированными и задублированными функциями, что будет приводить к непроизводительному расходованию ресурсов и ограниченному взаимодействию компонентов. В настоящем стандарте представлены основные принципы интероперабельности APC-O-систем, которые способны обеспечивать максимальную интеграцию и функциональную совместимость различных технических решений в части автоматизации.

Настоящий стандарт предназначен для:

- определения подхода, который поможет поставщикам и специалистам по интегрированным APC-O-системам и связанным с ними компонентам автоматизации проверять их функциональную совместимость в соответствии с требованиями, предъявляемыми к жизненному циклу приложений в процессе их проектирования, разработки, внедрения, тестирования, проверки, установки и обслуживания технических решений в области автоматизации;

- определения критериев, которые помогут пользователям в выборе соответствующих технических решений в области автоматизации, например, APC-O-модулей, с целью удовлетворения потребностей пользователей;

- определения основных принципов и базовых концептуальных элементов (концептуальных структурных элементов), которые будут достаточны для решения выявленных проблем и возможностей;

- сокращения времени и затрат при определении и описании требований к приложениям, а также при разработке и реализации технических решений в области автоматизации, основанных на APC-O-системах.

Целевая аудитория настоящего стандарта - это пользователи и поставщики технических решений для APC-O-систем, например, поставщики проектных решений, специалисты по интеграции автоматизированных систем, производственные подразделения компаний, технологи, независимые организации по тестированию программного обеспечения, организации, специализирующиеся на оказании консалтинговых услуг и по внедрению APC-O-программного обеспечения, соответствующие федеральные органы исполнительной власти и научные и образовательные организации.

     1 Область применения

В настоящем стандарте сформулированы общие принципы, структура и функциональные возможности метода, предназначенного для интеграции APC-O-возможностей производственных систем. Основной целью настоящего стандарта является снижение затрат и рисков, связанных с разработкой и внедрением интегрированных APC-O-возможностей.

Область применения настоящего стандарта ограничена описанием набора понятий, терминов и определений и связанных с ними правил описания необходимых функциональных возможностей элементов АРС-О-систем.

В область применения настоящего стандарта не входит:

- определение и технические требования к интерфейсу или протоколу обмена данными между APC-O-средствами;

- требования и ограничения, предъявляемые к технической документации на разработку и внедрение APC-O-систем;

- описание конкретных стратегий и методов управления, используемых конкретными APC-O-системами, существующими на рынке.

     2 Термины и определения

2.1 усовершенствованное управление технологическими процессами (advanced process control; APC): Стратегия управления, предназначенная для работы с процессами, которые характеризуются большими временными задержками (2.18), неминимально-фазовыми свойствами, нелинейностью, неустойчивостью контура регулирования и многомерной связью.

Примечание - APC-метод управления повышает качество производственного управления путем рассмотрения конкретных результатов деятельности или экономических возможностей предприятия.

Пример - Методы управления на основе прогнозирующих моделей (МРС), адаптивного управления, дедуктивного (косвенного) регулирования.

2.2 усовершенствованное управление и оптимизация технологических процессов (advanced process control and optimization; APC-O): Совокупность стратегий для усовершенствованного метода управления технологическими процессами (2.1) и стратегий оптимизации (2.13).

2.3 контроллер (controller): Функциональный блок, состоящий из электронных устройств или реализуемый с помощью компьютера (или цифровых систем), который используется для реализации выбранных стратегий управления.

2.4 модель, на основе данных (data driven model): Модель (2.11), разработанная посредством использования данных, которые были получены по результатам испытаний или в результате исследования соответствующего процесса.

2.5 управление с использованием экспертной системы (expert control): Стратегия управления, основанная на совокупности правил и логических выводах, в которой используются знания и идеи, связанные с проблемами внедрения систем управления.

2.6 модель основных принципов, модель первопринципов (first principle model): Модель (2.11), отражающая физические и химические законы, например, законы сохранения массы и энергии.

2.7 показатели эффективности (performance indicators): Категория дискретных и предварительно установленных показателей (для бенчмаркинга), характеризующих степень реализации намеченных целей.

2.8 датчик (physical sensor): устройство или преобразователь, способные измерять какую-либо физическую величину и преобразовывать ее в сигнал, который может быть зарегистрирован наблюдателем или прибором.

Примечание - В настоящее время используются в основном электронные датчики.

Пример - Расходомер, преобразователь давления.

2.9 регулирующий параметр (manipulated variable): Входной параметр, который используется для управления параметрами системы управления.

Примечание - На практике в любой системе управления может быть более одного регулирующего параметра. Соответственно, при использовании этого параметра необходимо помнить, что для каждой системы управления выбор регулирующего параметра подлежит обсуждению. Для управления процессом обычно назначают одну наиболее ответственную систему прямого управления.

2.10 управление на основе прогнозирующих моделей (управление с прогнозированием) (model predictive control; predictive control): Комплексная оптимизированная стратегия управления с обратной связью, которая сочетает в себе возможности динамической модели (2.11) для прогнозирования протекания процесса, непрерывного управляющего воздействия на основе циклической оптимизации (2.13) в реальном времени и коррекции ошибок модели с использованием сигналов обратной связи.

Пример - Модельное алгоритмическое управление (MAC); Динамическое матричное управление (DMC); Обобщенное управление с прогнозированием (GPC).

2.11 модель (model): Абстрактное описание реальности в любой форме (включая математическую, физическую, символическую, графическую или описательную), которая представляет определенный аспект этой реальности.

[ИСО 19439:2006, определение 3.47]

2.12 управление производственными операциями (manufacturing operations management; MOM): Деятельность на Уровне 3 производственного предприятия, координирующая работу персонала и оборудования, а также использование материалов на производстве.

[МЭК 62264-3:2007, определение 3.1.11]

2.13 оптимизация (optimization): Стратегия принятия решений, предназначенная для реализации бизнес-цели (при отягчающем влиянии совокупности негативных условий и проблем).

2.14 программно-управляемый датчик (soft sensor): Виртуальное устройство, использующее математическую модель (см. 2.11) для считывания и распознавания данных с дальнейшей оценкой производственных параметров (с использованием других известных параметров в качестве входных данных).

2.15 статистическое управление процессом (statistical process control): Стратегия, использующая статистические методы для мониторинга и управления производственными процессами, а также для совершенствования и поддержания рабочих характеристик системы.

Примечание - Использование статистических методов и/или статистических или стохастических алгоритмов управления для достижения одной или более следующих целей:

a) увеличение знаний о процессе;

b) регулирования процесса, для достижения желаемого поведения процесса;

c) уменьшения отклонений параметров готовой продукции или достижения других улучшений работы процесса.

2.16 устойчивое состояние (steady state): Равновесное состояние, при котором выходные параметры не зависят от времени.

2.17 идентификация системы (system identification): Метод, основанный на наблюдении входных и выходных данных и используемый для формирования модели (2.11) системы из набора моделей по соответствующим образом скорректированным параметрам.

Примечание - Ключевые факторы идентификации системы включают в себя структуру модели, полученную информацию и целевую функцию.

2.18 временная задержка (time delay): Период времени, который начинается с момента возникновения отклонений входного параметра и заканчивается моментом начала их влияния на выходной параметр системы.

Примечание - Время задержки также называют запаздыванием.