Базы данных и знаний интеллектуальных компьютерных информационно-управляющих систем (в машиностроении и приборостроении)

Введение
Конец XX — начало XXI в. характеризуются активным внедрением в деятельность человечества компьютерных информационных технологий, особенно систем управления базами данных (СУБД). СУБД — это программные системы управления структурированными файлами данных, обеспечивающих пользователю оперативное получение необходимой информации.
Структурированные файлы данных, или базы данных, являются неотъемлемой частью автоматизированных систем управления (АСУ), систем искусственного интеллекта и экспертных систем, систем автоматизированного проектирования конструкторской документации САПР-КД или CAD-систем (Computer Aided Design), систем автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления изделий САПР-ТП или САМсистем (Computer Aided Manufacturing).
Алгоритмы обработки информационно-логических задач основывались на элементах алгебры логики, которые сегодня называют реляционной алгеброй. В качестве языков программирования применялись языки АЛГОЛ-6О и разработанный отечественными специалистами язык АЛГЭМ.
На этих программных и аппаратных средствах создавались следующие информационные системы:
• обработка массивов записей, основу которой составляли процессы сортировки и перегруппировки данных. Записью называли точно установленный набор данных, характеризующих некоторый объект или процесс;
• накопление и поиск данных в иерархических классификационных системах, содержащих операции пополнения и удаления данных, поиска сведений по запросам;
• накопление и анализ фактографических данных, основным принципом построения которых являлось смысловое кодирование информации.
ИУС построена на базе современных средств промышленной автоматики и средств вычислительной техники с использованием новых информационных технологий, общими задачами которых являются:
– обеспечение максимальной функциональной безопасности при выполнении транспортно технологических операций с ядерным топливом и проведении ремонтно-профилактических работ;
– гибкость управления оборудованием;
– оптимальное информационное обеспечение диалога «человек машина» для эффективного управления.
Основы информационно-управляющих систем машиностроении и приборостроении
ИУС, в основном, функционирует в автоматизированном режиме, так как в процессе управления сложным техническим объектом предполагается участие человека оператора (одного или нескольких), который зачастую принимает решения о тех или иных действиях по управлению МП и комплекса в целом, осуществляет мониторинг процесса управления и принимает решения по предотвращению нештатных и аварийных ситуаций. Связь оператора (операторов) с ИУС осуществляется через человеко-машинный интерфейс терминала оператора.
Широкое использование функции автоматизированной поддержки управленческих решений позволяет значительно уменьшить влияние так называемого «человеческого фактора» на процесс управления, уменьшить число ошибок, а зачастую и исключить их при принятии управленческих решений, т.е. повысить безопасность функционирования объекта.
Функциональные возможности ИУС:
– аппаратно программные средства ИУС, обеспечивающие распараллеливание процедур решения задач управления механизмами, а также автоматическое диагностирование отказов и перераспределение вычислительных ресурсов при их обнаружении, что повышает ее функциональное быстродействие и отказоустойчивость;
– новое системное и прикладное программное обеспечение ИУС, реализующее процедуры управления, контроля и безопасности процесса перегрузки, а также «дружественный» человеко-машинный интерфейс, позволяющий минимизировать риски ошибок персонала;
– принятый алгоритм управления механизмами МП, минимизирующий ее перемещения в процессе перегрузки с учетом накладываемых ограничений, а также оптимизирующий скоростные режимы движения отдельных механизмов в различных зонах об служиванияреактора и бассейна выдержки;
– режим наладки и подготовки задания (программы перегрузки топлива), в котором выполняется первоначальная подготовка данных о рабочей зоне машины перегрузочной, о координатах ячеек для топлива, о расположении ТВС и т.п. В дальнейшем на основании этих данных строится и вводится в систему программа перегрузки топлива.
SCADA – это особая диспетчетская система, которая занимается сбором информационных данных о текущей деятельности предприятия, а также их управлением. На английском языке название данной системы звучит, как Supervisory Control And Data Acquisition. Достоинство SCADA главным образом в том, что она может предоставить необходимую информацию через показатели, которые собраны абсолютно с разных точек хозяйствующего объекта в реальном времени. Только в таком режиме можно оптимизировано управлять предприятием, делая его работу непрерывной, без простоев, сбоев и возможных аварийных ситуаций. Предшественниками SCADA когда-то были всем известные сигнализации и телеметрии.
SCADA-система состоит из трех компонентов:
Удаленный терминал, что на английском языке называется Remote Terminal Unit (RTU). Через него идет полная обработка информационных данных в реальном режиме времени. Данный терминал может быть по-разному создан. Например, его могут представлять самые примитивные датчики, которые снимают информацию с процесса с заданной периодичностью. Иногда в качестве удаленного терминала работают многопроцессорные отказоустойчивые вычислительные приборы. Они обрабатывают информацию уже в режиме жесткого реального времени.
Главный, центральный, терминал или диспетчерский пункт. На английском языке он звучит, как Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS). На нем ведется обработка данных и их управление на самом высоком уровне. Тут используется режим мягкого реального времени. Главная задача этого структурного компонента SCADA-системы – это создание человеческо-машинного интерфейса, обеспечивающего эргономическую работу оператора с АСУ ТП. В зависимости от поставленных задач для создания HMI используется, как одиночный компьютер, на который стекается вся информацию с разных точек хозяйствующего объекта, так и целая вычислительная система, объединяющая в единое целое все локальные пульты управления

. Именно при создании центрального пульта управления решаются задачи обеспечения информационной безопасности работы предприятия.
Каналы связи или интегрированная коммуникационная система, которая на английском языке звучит, как Communication System (CS). Ее назначение заключается в создание связующих элементов между удаленными объектами и центральным пультом управления.
Внедрение SCADA-системы дает предприятию следующие преимущества:
Устанавливается непрерывная система обмена данными в реальном времени через специальные драйверы.
Вся поступающая информация обрабатывается в реальном времени.
Получение удобного в работе человеко-машинного интерфейса.
Наличие базы с данными о ходе всех технологических операций предприятия.
Отлично работающая аварийная система.
Постоянное составление и генерация отчетов хода технологических процессов хозяйствующего объекта.
Осуществление связи между внутренней автоматизированной системой управления и внешними приложениями, в число которых входят СУБД, текстовые программы, таблицы и т.п.
Расширение любого предприятия усложняет сразу же его управление. Вместе с ростом хозяйствующего субъекта и сферы его бизнес-поля должны развиваться функции его корпоративной среды. Все необходимая информация должна поступать строго в назначенный срок. Она должна быть полной и достоверной.
Для того, чтобы реализовать эффективное управление предприятием, необходимо интегрировать в одну единую систему различные приложения, отвечающие за решение поставленных задач. Такая интеграция разных приложений, в число которых входят решения конкретных задач, собственные разработки и исследования предприятия и т.д., поможет создать эффективную работу автоматизированной системы управления. Также для этого создается синхронизированный обмен между информационными данными различных архивов, баз, справочников и сквозного прохождения технологических процессов.
Целью развития и внедрения современной автоматизированной системы управления производством является повышение эффективности управления проектированием новых изделий, подготовкой производства, производством, снабжением и сбытом на основе логически единого информационного потока предприятия в корпоративной сети, реорганизации и структурирования информации подразделений, получения необходимой плановой и учетной информации на каждом уровне управления.
Машиностроение имеет ряд характерных особенностей. Продукция машиностроительных предприятий, как правило, представляет собой сложные изделия, для проектирования и производства которых требуется выполнить большой объем конструкторской и технологической работы. Для повышения своей конкурентоспособности предприятия постоянно расширяют номенклатуру выпускаемой продукции, в связи с чем, естественно, увеличивается объем подготовки производства. Современное машиностроительное производство все больше работает под заказ. Причем изделия по каждому из заказов или даже каждое отдельное изделие могут иметь свою спецификацию комплектации. Ускорение разработки новых изделий требует внедрения серьезных систем автоматизации проектирования.
 Необходимость непрерывной подготовки персонала определяется как развитием комплекса средств автоматизации, так и естественным процессом смены персонала системы. Немалую роль играет система материального поощрения, призванная стимулировать персонал при внедрении новых средств автоматизации ТПП.
Общими требованиями, предъявляемыми к системе в целом, являются:
комплексность — обеспечение технической и организационной возможности автоматизации всех элементов ТПП;
инвариантность по отношению к виду и форме представления исходных данных;
гибкость при выполнении проектных процедур и управлении данными;
открытость к адаптации, модернизации компонентов и интеграции со смежными системами САПР, АСУТП и АСУП.
Создание комплекса средств автоматизации АСТПП диктует необходимость создания и согласования всех его компонентов, основными из которых являются:
организационное обеспечение;
техническое обеспечение;
программное обеспечение;
информационное обеспечение;
методическое обеспечение.
Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) предназначена для обеспечения автоматизированного формирования объективной производственно-технологической информации внутри системы ТПП и подготовки исходной информации для решения задач планирования и управления производством, а также обеспечения интеграции подсистем внутри системы ТПП и системы ТПП в целом с другими автоматизированными системами предприятия.
Базы данных и знаний ИУС в машиностроении и в приборостроении
В общем смысле БД - это система хранения информации, обращение к которой осуществляется при помощи системы управления БД(СУБД). На практике БД - это данные, рассортированные по уникальным идентификаторам и организованы в виде таблицы.
Достоинства РБД.
отражают прикладную область знаний модели данных, интуитивно понятных пользователю;
реорганизация данных на физическом уровне не влияет на выполнение прикладной программы;
возможность создания СУБД с клиент-серверной архитектурой, позволяющей с одной стороны централизоанно администрировать базу, с другой стороны обеспечить максимально эффективный интерфейс пользователя;
благодаря нормализации удается избежать чрезмерного дублирования данных.
Использование терминал-серверной архитектуры позволяет:
уменьшить потребность в высоковоспроизводительных рабочих местах пользователя за счет того, что большая част выполняемых пользователем операций осуществляется на сервере;
повысить надежность промышленных АСУТП за счет использования в качестве терминала специализированных ЭВМ, адаптированных к промышленным условиям;
снизить стоимость использования ПО, в частности SCADA -систем за счет снижения количества приобретаемых лицензий.
Известно, что все функциональные подсистемы АСУ обеспечиваются необходимыми данным через единую автоматизированную информационную систему (ИС), объединяющую в себе систему управления базами данных (СУБД), базы данных, поддерживаемые этими СУБД, и программные средства, обеспечивающие использование данных всеми терминальными пользователями и прикладный программами