Информационная интеграция интеллектуального мониторинга технологических систем на уровне АСУТП

Information integration intelligent monitoring of technological systems at the level of APCS


УДК 681.5

10.05.2017
 

Выходные сведения:
Самойлова Е.М. Информационная интеграция интеллектуального мониторинга технологических систем на уровне АСУТП // ИТпортал, 2017. №2 (14). URL: http://itportal.ru/science/tech/informatsionnaya-integratsiya-intel/

Авторы:
Самойлова Е.М.
к.т.н., доцент кафедры «Автоматизация, управление, мехатроника», ФГБОУ ВО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Российская федерация, Helen_elenka@mail.ru

Authors:
Samoylova E. M.
Ph. D., associate Professor of "automation, control, mechatronics", Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Russian Federation, Helen_elenka@mail.ru

Ключевые слова:
интеллектуальный мониторинг, технологическая система, информационная интеграция, единое информационное пространство автоматизированный станочный модуль

Keyword:
intelligent monitoring, technology system, information integration, common information space of an automated machine tool module

Аннотация: 
Рассматривается информационная интеграция интеллектуального мониторинга технологической системы на основе автоматизированного станочного модуля с целью обеспечения эффективности производства и качества высокоточных деталей в условиях современного машино- и приборостроительного производства.

На основе анализа концепций создания единого информационного пространства предприятия для уровня АСУТП обосновано применение технологии «снизу — вверх», причем ядром в нашем случае будет являться технологическая система на основе автоматизированного станочного модуля.

Основываясь на предыдущих исследованиях технологических систем на основе автоматизированных станочных модулей разработаны структура интеграции информационных ресурсов технологической системы в систему единого информационного пространства на базе SCADA Тrace Мode и обобщённая структура интеграция «технологического» уровня ЕИП системы интеллектуального мониторинга технологической системы.

С учетом требований к практической реализации выбранной технологии создания единого информационного пространства: интеграция программных систем и баз данных осуществляется за счет применения унифицированной программной платформы, стандартных протоколов обмена информацией и внутренней связи между системными модулями; использование открытых архитектур, международных стандартов и апробированных коммерческих продуктов обмена данными представлена интеграция «технологического уровня» единого информационного пространства интеллектуального мониторинга технологических на уровне АСУТП, что создает условия информационного обмена о состоянии оборудования, качестве обработки и технологического процесса в целом, обеспечивая эффективную организацию технологического процесса за счет оперативности принятия решения о его корректировке и восстановления параметрической надежности станков.

Annotation: 
Discusses the information integration of the intelligent monitoring technology based system for automated machining module to ensure production efficiency and quality of parts in modern machine building production.

Based on the analysis of the concepts of creating a single information space of the enterprise for level process control system substantiates the use of technology "bottom — up", and-in our case, will be a technological system based on the automated machine tool module.

Based on previous studies of technological systems based on automated machine modules the structure of information resources integration of technological systems in a single information space on the basis of SCADA Trace Мode and generalized structure integration "technological" level, the EIB system intelligent monitoring technology system.

Considering the requirements for practical implementation of the selected technology to create a unified information space: integration of software systems and databases is performed through the use of standardized software platforms, standard protocols for the exchange of information and internal communication between system modules; the use of open architectures, international standards and proven commercial products for data exchange are the integration of "technological level" of the single information space of intelligent monitoring technology at the level of APCS, which creates conditions for information exchange on the state of equipment, quality of processing and technological process as a whole, ensuring the effective organization of the technological process due to the efficiency of decision making about its correction and recovery of parametric reliability of machines.

Информационная интеграция  интеллектуального мониторинга технологических систем на уровне АСУТП


Введение

Задачу обеспечения эффективности производства и качества высокоточных деталей с целью поддержания конкурентоспособности современных предприятий машино- и приборостроения в современном рассмотрении с учетом уровня развития технических средств и требований необходимо рассматривать в комплексе взаимосвязанных задач с учетом интеграции отдельных элементов в систему управления качеством средствами единого информационного пространства предприятия с применением интеллектуальных технологий. Внесение «технологии информационной интеграции и системной поддержки жизненного цикла продукции» в утвержденный Президентом РФ перечень критических технологий предопределило актуальность данной задачи.

Материалы и методы исследования

Основу информационной интеграции составляет комплекс единых информационных моделей, стандартизация и унификация информации, включая доступ к ней, обеспечение информационной безопасности и прав интеллектуальной собственности с оперативным доступом к имеющимся и подключаемым информационным ресурсам, а также использование специализированного современного программного обеспечения (ПО), что в совокупности дает полноту и целостность информации об изделии при минимуме ошибок в технической документации и базах данных (БД) [1].

Анализ концепций создания «технологического уровня» единого информационного пространства (ЕИП), т.е. на уровне АСУТП предприятия, показал преимущества применения открытых архитектур, типового апробированного аппаратного и ПО для сбора, обработки, хранения  и обмена данными на основе единых принципов информационного взаимодействия [2, 3, 13, 14]. 

Для повышения эффективности интерфейса «человек-машина», обеспечения возможности в рамках ЕИП использовать различные формы представления передаваемой и получаемой  информации - команд, сообщений – целесообразно использовать средства SCADA– пакетов, а в условиях действующей программы импортозамещения - отечественной SCADA-системы  Тrace Мode 6 (ТМ 6).

Результаты и обсуждение  

Применяя технологию создания ЕИП «снизу — вверх», когда для формирования ядра ЕИП достаточно одного или нескольких субъектов обработки информации, в нашем случае технологической системы на основе АСМ, построена структура интеграции информационных ресурсов технологической системы в систему ЕИП на базе ТМ 6 (рис.1) [4, 5].


Рис.1. Структура интеграции информационных ресурсов технологической системы в систему ЕИП

ЕИП представляет собой совокупность баз знаний (БЗ) и БД с  технологиями их применения, информационно-телекоммуникационных систем и сетей, которые функционируют в сочетании с соблюдением международных стандартов [6, 7].  Как неотъемлемая составляющая CALS-систем, ЕИП создаёт условия для выработки, распределения, передачи, обработки, хранения и использования ин формации по всем необходимым направлениям ее функционального назначения при обеспечении очень высоких степеней надежности и достоверности [1, 8].

Основываясь на предыдущих исследованиях технологических систем на основе автоматизированных станочных модулей (АСМ) [9], определено число источников информации для формирования узлов интеграции, которые связываются «ветвями» с ядром ЕИП, а также  сами «ветви» формирования субъекта обработки информации. Так как экспансия ЕИП определяется техническими возможностями оборудования и уровнем заинтересованности во включении информационных ресурсов, разработана обобщённая структура интеграция «технологического уровня» ЕИП системы  интеллектуального мониторинга технологической системы (рис. 2).


Рис. 2. Обобщённая структура интеграции «технологического уровня» ЕИП интеллектуального мониторинга технологической системы

Ядром в данном случае выступает технологическая система (или несколько) на основе АСМ, отражающая  взаимосвязь структурных элементов АСМ посредством информационных потоков на протяжении всего производственного цикла заготовка-деталь. Источниками информации являются контролируемые параметры станка, включающие динамические характеристики элементов конструкции, устойчивости динамической системы, температура элементов конструкции, точность перемещения рабочих органов и точность базирования детали, а также контроль качества детали и заготовки, а именно: геометрические параметры точности и физико-механические характеристики поверхностного слоя, которые уточняются для каждой конкретной технологической системы с применением обучающего эксперимента.

Информация о состоянии технологической системы и качестве обработки по каналам SCADA поступает в БД системы мониторинга, на экраны визуализации для пользователей различного уровня доступа, в архив ЕИП, а также с использованием специализированного ПО обрабатывается и анализируется для дальнейшего принятия решения о состоянии технологической системы и качестве обработки с применением интеллектуальных технологий экспертных и гибридных интеллектуальных систем.

Практическая реализация выбранной технологии создания  ЕИП «снизу — вверх» от нескольких субъектов обработки информации, в нашем случае  АСМ, позволила сформировать ядро ЕИП, основываясь на разработанную структуру интеграции информационных ресурсов 2 и 3 уровня ИАСУ на базе ТМ 6 в систему ЕИП интеллектуального мониторинга ТП (рис. 1 и 2).

Создание «технологического» уровня ЕИП (рис. 3),  учитывая что ЕИП реализуется на базе интегрированной информационной среды, которая характеризуется следующими свойствами: интеграция программных систем и БД осуществляется за счет применения унифицированной программной платформы, стандартных протоколов обмена информацией и внутренней связи между системными модулями, в соответствии с рассмотренной ранее концепцией ЕИП по использованию открытых архитектур, международных стандартов и апробированных коммерческих продуктов обмена данными.

В качестве объектов управления АСУТП на нижнем «технологическом уровне» ЕИП представлены токарные АСМ типа ТПАРМ, токарные станки с ЧПУ ПАБ-350, автоматические внутришлифовальные станки SIW-5, SIW-4 и  SIW- 3 и круглошлифовальные станки SWaAGL-50 и Weiss WKG-05,  а также высокоточные изделия машино – и приборостроительного производства, данные о качестве обработки которых - по каналам информационно – измерительного канала с применением OPS – серверов поступают на следующий уровень.

Входные значения, в соответствии с концепцией ЕИП, представлены стандартизированной и унифицированной многопараметрической цифровой информацией.

Уровень информационно-измерительного канала представленной архитектуры содержит комплекс специализированных программных продуктов, алгоритмического и информационного обеспечения, включая  БД и знаний,  системы мониторинга с экранами визуализации пользовательского интерфейса для поддержки в ЕИП процессов измерений, обработки, анализа хранения, и передачи результатов пользователям различного уровня [10, 11, 12].

Принятие решения о состоянии технологической системы и качестве обработки производится с помощью средств экспертных и гибридных интеллектуальных систем, находящихся в информационной интеграции между собой и с ЕИП предприятия на базе ТМ 6 со встроенной поддержкой общедоступных программных интерфейсов- ODBC, OPC и редактором SQL-запросов, обеспечивающих интеграцию с БД предприятия и другими приложениями [13,14].

   

Рис.3. Интеграция «технологического» уровня ЕИП интеллектуального мониторинга ТС на уровне АСУТП ИАСУ


Выводы

Разработана структура информационной интеграции  интеллектуального мониторинга технологических систем на уровне АСУТП, что создает условия информационного обмена о состоянии оборудования, качестве обработки и технологического процесса в целом, обеспечивая эффективную организацию технологического процесса за счет оперативности принятия решения о его корректировке и восстановления параметрической надежности станков в условиях современного машино- и приборостроительного производства.

Оригинальность и новизна результатов определяется тем, что обоснована и реализована концепция создания единого информационного пространства интеллектуального мониторинга технологической системы по технологии «снизу — вверх» на базе интегрированной информационной среды  отечественной SCADA Тrace Мode 6, где ядром является технологическая система на основе автоматизированного станочного модуля.


Библиографический список


1. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. Модели. – М.: Изд. дом «МВМ», 2003. 264 с.
2. Схиртладзе А.,Скворцов А, Чмырь Д. Проектирование единого информационного пространства виртуальных предприятий. М.:Абрис, 2012. 616 с.
3. Яцкевич А.И. Разработка и исследование методов управления конструкторскими данными в компьютеризированном интегрированном производстве: на примере станкостроительного производства: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06: Москва, 2006. 175 c.
4. Самойлова Е.М. Интеграция базы данных SCADA TRACE MODE в систему мониторинга технологического процесса / Вестник Саратовского государственного технического университета, 2015, №3 (80) С. 85-88.
5. Петраков П.К., Салаев М.Н., Суханов В.А. Интеллектуализация «Человек-машина» // Интеллектуальные системы: труды 11 междунар. симпоз. / под ред. К.А Пупкова. Москва: РУДН, 2014. С. 55-61.
6. Самойлова Е.М. Интеграция базы данных SCADA TRACE MODE в систему мониторинга технологического процесса // Вестник Саратовского государственного технического университета, 2015. №3 (80) С. 85-88.
7. Пьявченко Т.А. Проектирование АСУТП в SCADA-системе. – Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2007, 276 c.
8. Самойлова Е.М. Игнатьев А.А. Информационно-структурная модель технологической системы интегрированного производства на основе автоматизированного станочного модуля / Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании: сб. ст. ХХХIV Междунар. научно-практическая конф. Пенза: ПДЗ, 2015. С.73-75.
9. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. 320 с.
10. Дефект: Свидетельство о государственной регистрации базы данных / Е.М. Самойлова, С.А. Игнатьев, Н.А. Казинский, И.С. Москвин // №2015620748, дата гос. регистрации в Реестре баз данных 14.05.2015.
11. Самойлова Е.М., Игнатьев С.А., Москвин И.С. Программа сбора, анализа и хранения информации с автоматической коррекцией режима работы станка с ЧПУ (korrekzia) // №2015660713, дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 06.10.2015.
12. Самойлова Е.М., Сизов Ю.С. Программа визуализации, сбора, хранения интеллектуальной обработки данных технологического процесса для оптимизации параметров шлифовальной обработки на станке с ЧПУ (schlif) / №2015662086, дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 17.11.2015.
13. Ганин Д.В., Гладких А.А., Шамин А.А., Шагарова А.А. Комплексный метод повышения энергетической и спектральной эффективности цифровой радиосвязи // Вестник НГИЭИ. 2016. № 6 (61). С. 16-23.
14. Ганин Д. В. Обзор решений для разработки корпоративной системы связи // Вестник НГИЭИ. 2015. № 10 (53). С. 11-21.
15. Игнатьев А.А., Козлова Т.Д., Самойлова Е.М. Экспертная система поддержки процесса диагностирования автоматических станочных модулей. Саратов: Изд-во СГТУ, 2015. 101 с.


References


1. Integrated information support of life cycle of engineering products. Principles. Technology. Methods. Model. – M.: Publishing House. home "MWM", 2003. 264 p.
2. Skhirtladze A.,And Skvortsov, Chmyr D. Design of a single information space of virtual enterprises. M.:Outline 2012. 616 p.
3. Jackiewicz A. I. Development and research of methods of management of design data in a computerized integrated production: on the example of machine-tool production: dis. kand. tech. Sciences: 05.13.06: Moscow, 2006. 175 p.
4. Samoylova E. M. database Integration SCADA TRACE MODE in the monitoring system of the technological process / Bulletin of the Saratov state technical University, 2015, No. 3 (80) Pp. 85-88.
5. Petrakov P. K., Salayev M. N., Sukhanov V. A. Intellectualization "Man-machine" // Intellectual systems: proceedings of the 11 Intern. the international Symposium. / under the editorship of K. A. Pupkova. Moscow: PFUR, 2014. P. 55-61.
6. Samoylova E. M. database Integration SCADA TRACE MODE in the monitoring system of the technological process // Bulletin of Saratov state technical University, 2015. No. 3 (80) Pp. 85-88.
7. Of engineering science T. A. design of the process control system in SCADA-system. – Taganrog: TRTU, 2007, 276 p.
8. Samoilova, E. M., Ignatiev A. A. Informational-structural model of the technical system of integrated production on the basis of the automated machine tool module / Mathematical methods and information technologies in Economics, sociology, and education: collection of articles XXXIV]. scientific-practical Conf. Penza: PDZ, 2015. P. 73-75.
9. Norenkov I. P., Kuzmik P. K. Information support of science intensive products. CALS-technologies. – M.: Izd-vo MGTU im. N. Uh.Bauman, 2002. 320 p.
10. Defect: the Certificate of state registration database / E. M. Samoilova, S. A. Ignatiev, N.. Kazinskaya, I. S. Moskvin / / No 2015620748, date of state registration in the Registry database 14.05.2015.
11. Samoilova E. M., Ignat'ev S. A., Moskvin, I. S. Program for the collection, analysis and storage of information with automatic correction mode of the CNC machine (korrekzia) / / No 2015660713, date of state registration in the Register of computer programs 06.10.2015.
12. Samoilova E. M., Sizov, Yu. s. Program visualization, collection, storage, intelligent data processing technological process for optimization of parameters of grinding processing on the CNC machine (schlif) / No. 2015662086, date of state registration in the Register of computer programs on 17.11.2015.
13. Ganin D.V., Gladkih A.A., Shamin A.A., Shagarova A.A. Kompleksnyj metod povyshenija jenergeticheskoj i spektral'noj jeffektivnosti cifrovoj radiosvjazi. Vestnik NGIJeI. 2016. No 6 (61). З. 16-23.
14. Ganin D. V. Obzor reshenij dlja razrabotki korporativnoj sistemy svjazi // Vestnik NGIJeI. 2015. No 10 (53). P. 11-21.
15. Ignatiev A. A., Kozlova T. D., Samoylova E. M. Expert system of support of process of diagnostics of automatic machine modules. Saratov: Publishing house SGTU, 2015. 101 p.


© 2002-2017 электронный научный журнал «ИТпортал», публикация хороших научных статей по ИТ, 16+
Свидетельство Управления Федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и
массовых коммуникаций по Приволжскому федеральному округу ИА № ТУ 52-01110 от 24 февраля 2016 г.
ISSN 2414-5688


Яндекс.Метрика