Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КИРПИЧНОДЕЛАТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ СМК-350

Сурниченко К.А. 1 Калашникова А.М. 1 Жданов А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых"
Рассмотрены основополагающие параметры, необходимые для построения математических моделей на основе наблюдений, организованных на КДК СМК-350. Основной задачей эксплуатации промышленных предприятий является поддержание их технического состояния и надежности на уровне, что позволяет выдерживать приемлемые экономические показатели. Исследование и повышение надежности автоматизированной системы производства кирпича на этапе эксплуатации. Предложена взаимосвязь бухгалтерской финансовой и бухгалтерской управленческой информационных систем. Также данная взаимосвязь предполагает устранить искусственное разделение автоматизированных систем предприятий на АСУ, САПР и АСУТП. Были обработаны экспериментальные данные по отказам и ремонтам КДК СМК-350 за 2000-2012 годы. Полученные данные можно использовать для построения ряда математических моделей, необходимых для исследования системы эксплуатации с целью получения их максимальной эффективности использования: модель динамики изменения надежности системы в процессе эксплуатации; модель оптимального обслуживания; модель оценки количества запасных элементов; модель оценки эффективности затрат на восстановление и ремонт.
информационная основа.
элементарная модель данных
составная модель данных
модель объекта
объект исследования
1. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. – М. : Высш. шк., 2000. – 383 с.
2. Кальницкая И.В. Учетно-аналитическая концепция интегрированной информационной системы для целей управления организацией : авторефер. дис. ... д-ра экон. наук. – Екатеринбург, 2011. – 41 с.
3. Сурниченко А.А. Исследование и повышение надежности автоматизированной системы производства кирпича на этапе эксплуатации : автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Владимир, 2011. – 16 с.
4. Сурниченко А.А., Жданов А.В. Анализ различных вариантов потери работоспособности технологической системы с непрерывным циклом // Экология и промышленность России. – 2010. – № 9. – С. 50-52.
5. Сурниченко А.А., Жданов А.В. Прогнозирование остаточного ресурса шнекового горизонтального пресса / Автоматизация: проблемы, идеи, решения : материалы Междунар. науч.-техн. конф. «АПИР-15» ; под. ред. В.В. Прейса, Е.В. Давыдовой. В 2-х частях. Ч. 2. – Тула : Изд-во ТулГУ, 2010. – С. 135-140.

В литературе, посвященной проблемам управления, существует множество разнообразных концепций и подходов к определению управления. В предлагаемых концепциях управления промышленным предприятием вопрос информационной области остается открытым, поскольку научная разработанность теоретических и методологических положений определения информационной концепции для целей управления предприятием является недостаточной. Многие исследователи проблем информационного обеспечения системы управления промышленным предприятием обращаются к вопросам организации системы бухгалтерского управленческого учета, игнорируя другие учетные системы. С практической точки зрения, функциональные компоненты информационной области управления промышленным предприятием (бухгалтерская финансовая информационная система, бухгалтерская управленческая информационная система, бухгалтерская налоговая информационная система) не способны в полном объеме удовлетворять информационные потребности системы управления. То есть ни аппаратно, ни организационно не взаимодействует с информационными системами управления технологическими процессами.

Создание информационной системы управления технологическим процессом возможно только при условии наличия автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). Любая информационная система ориентирована на работу в конкретной предметной области. При построении интегрированной информационной системы необходимо учитывать и различать следующие понятия: объект исследования, модель объекта, составная модель данных, элементарная модель данных, информационная основа. Объектом исследования будет являться любой из объектов предметной области – всё то, что может храниться в базе данных ИИС. При исследовании объектов окружающей действительности осуществляется сбор данных, часто разрозненных и неоднородных из которых необходимо формировать модели объектов. Первичные данные – исходные данные, получаемые в ходе непосредственного сбора информации. После сбора разнообразные входные данные об объектах упрощаются, унифицируются и преобразуются в модели, хранимые в базе данных.

Основной задачей эксплуатации промышленных предприятий является поддержание их технического состояния и надежности на уровне, достаточном для выполнения ими заданных функций, что позволяет выдерживать приемлемые экономические показатели.

С появлением современной микропроцессорной техники стала возможной автоматизация сбора данных об отказах и восстановлениях используемого технологического оборудования и отдельных агрегатов. Полученные данные можно использовать для построения ряда математических моделей, необходимых для исследования системы эксплуатации с целью получения их максимальной эффективности использования:

1) модель динамики изменения надежности системы в процессе эксплуатации;

2) модель оптимального обслуживания;

3) модель оценки количества запасных элементов;

4) модель оценки эффективности затрат на восстановление и ремонт.

Основополагающими параметрами, необходимыми для построения математических моделей, являются интенсивности отказов λi и восстановлений μi, т.е. исходные данные, получаемые непосредственно с контроллеров, составляющих основу АСУ ТП. Достоверность данных и адекватность вышеперечисленных математических моделей проверялась на основе наблюдений, организованных на КДК СМК-350 (ОАО «МЗКСМ», ст. Мстера Владимирской области) в течение 12 лет (в 2000-2012 гг.) и продолжающихся до сих пор. КДК СМК-350 был разработан и выполнен по инжиниринговому проекту фирмы UNIMORANDO (Италия) с использованием контроллеров S5-210В (SIEMENS, Германия). Однако в процессе эксплуатации возникла необходимость в реконструкции системы управления с целью замены устаревших узлов и агрегатов технологического оборудования и АСУТП, а также дополнении системы устройствами сбора, обработки, хранения и передачи информации о надежности КДК по параметрам производительности и качества. Непрерывный технологический процесс (ТП) производства кирпича на КДК СМК-350 состоит из операций формовки, сушки, садки и обжига, которым соответствуют технологические участки и отделения. На рис. 1 представлена технологическая схема КДК СМК-350, в которой обозначены связи отдельных технологических участков и отделений.

Подпись:  
Рис. 1. Технологическая схема кирпичноделательного комплекса СМК-350.

Анализ ТП и технологической схемы на рис. 1 позволяет однозначно определить ТС КДК СМК-350 как двухучастковую систему с промежуточным накопителем. В качестве накопителя выступает сушильное отделение вместе со своим спецтранспортом.

Для описания модели надежности ТС (модель 1) использовался математический аппарат Марковских случайных процессов с дискретными состояниями и непрерывным временем, т.к. все возможные состояния системы S1… Sn можно заранее перечислить (табл. 1). В модели задавались потоки отказов и восстановлений, для которых находились вероятности нахождения системы в работоспособном состоянии. Математическая модель надежности ТС с НЦ имеет восемь возможных состояний Si и представляет собой систему дифференциальных уравнений Колмогорова:

(1)

где t – время, а р0…р7 вероятности нахождения системы в одном из состояний, λi и μi интенсивности отказов и восстановлений каждого из трех участков (формовки, сушки и садки).

Таблица 1 – Возможные состояния системы из трех элементов

Состояние

Элемент ТС с НЦ

Примечания

1

2

3

S0

р

Р

р

работоспособны все три элемента

S1

н

Р

р

неработоспособен 1-й элемент

S2

р

Н

р

неработоспособен 2-й элемент

S3

р

Р

н

неработоспособен 3-й элемент

S4

н

Н

р

неработоспособны 1-й и 2-й элементы

S5

р

Н

н

неработоспособны 2-й и 3-й элементы

S6

н

Р

н

неработоспособны 1-й и 3-й элементы

S7

н

Н

н

все три элемента неработоспособны

н – неработоспособен,

р – работоспособен.

Создание модели оптимального обслуживания (модель 2) необходимо для определения продолжительности работы системы Тп до очередного технического обслуживания (ТО). Требования к надежности ТС задаются в виде вероятности pтр нахождения ее в технически исправном состоянии к началу очередного ТО. По статистическим данным эксплуатации оценивается вид функции λ(t). Вероятность нахождения системы в технически исправном состоянии за время t1+Тп может быть представлена в виде:

,

где t1 – время эксплуатации системы до рассматриваемого момента времени.

В результате преобразований получаем уравнение, из которого может быть определен требуемый период Тn :

.

В случае λ(t)=a+bt, когда поведение системы описывается Марковским неоднородным процессом с дискретными состояниями и непрерывным временем, получаем уравнение в виде:

. (2)

По статистическим данным определяются и уточняются параметры a и b, по формуле (2) определяется очередной период Тп. После очередного технического обслуживания расчеты повторяются.

Модель оценки количества запасных элементов (модель 3) построена на основе задачи целочисленного нелинейного программирования. Формулировка задачи: технологическая система состоит из элементов k типов, характеристики надежности которых известны. Для увеличения надежности мы придаем некоторое число n1 резервных элементов первого типа, n2 – второго типа, n3 – третьего типа, nk – к-го типа. Спрашивается, как нужно выбрать числа n1, n2,… nk при заданном числе рабочих элементов каждого типа, чтобы вероятности безотказной работы в промежутке времени от 0 до t была максимальна.

K(t)=k(t;n1,n2,n3,…nk)

При этом на величины n1,n2,n3,…nk накладываются дополнительные условия:

Двухучастковая система с промежуточным накопителем состоит из трех элементов; к=3;

k1 – формовка; n1 – список быстроизнашивающихся деталей этого участка;

k 2 – садка; n2 – список быстроизнашивающихся деталей этого участка;

k 2 – СТС; n3 – список быстроизнашивающихся деталей этого участка;

Наложены ограничения по стоимости (стоимость каждой детали известна).

Условия ограничения по стоимости:

(1)

Максимизируется вероятность безотказной работы. Вероятность безотказной работы каждой детали из списка должна быть известна, если неизвестна, то определяется как 1-Q(t) – единица минус вероятность отказа, либо из выражения:

Найти неотрицательные значения n, которые удовлетворяют равенству (1), т.е. найти количество деталей, с помощью которых можно поддерживать необходимый уровень надежности.

Модель оценки эффективности затрат на восстановление и ремонт (модель 4) может быть выражена уравнением:

, (3)

где W0 – вероятность выполнения задания ТС с НЦ, po – обобщенный показатель надежности, α – параметр, определяемый по статистическим данным.

Расчет вероятности W0 выполнения задания для случая, когда номинальная производительность ТС определяется номинальной производительностью второго участка, производим по формуле:

,

где

В качестве исходной информации для исследования модели используются следующие параметры и статистические данные: λi – интенсивности отказов участков ТС, Qn – номинальные производительности участков ТС, λni – интенсивности отказов межоперационных накопителей, Soi – уровни начального заполнения накопителей, Tbi – средние времена восстановления накопителей, Si – емкость i-го накопителя, Tni – средние времена восстановления накопителей.

Стоимость эксплуатации ТС с НЦ С1 и ее обобщенный показатель надежности pо связаны между собой математической зависимостью:

(4)

Из (3) и (4) получим: , (5)

где относительная стоимость эксплуатации одной системы при надежности p0:

Финальные вероятности состояний ТС с НЦ получаются путем решения системы алгебраических уравнений, которые получаются из (1). Если система такова, что отказ на любом этапе приводит к одним и тем же последствиям (не выполнению задачи) и при этом «стоимость» отказа (потери, вызванные появлением отказов) на всех этапах одинакова, то определение оптимальных значений основных показателей надежности производим по формуле:

где p0 – значение обобщенного показателя надежности системы. Кг – коэффициент готовности системы, p(τп) – вероятность исправности во время подготовки системы, p(τпр) – вероятность исправности во время применения [4].

Если стоимость отказов на разных этапах разная, то для строгого решения задачи целесообразно показатели экономичности системы определять непосредственно через основные показатели ее надежности с последующим поиском оптимальных решений по каждому показателю надежности.

Следовательно, имея статистические данные о значениях W0 и p0, можно вычислить значение α по формуле (5) и относительную стоимость эксплуатации одной системы при заданной надежности p0. Полученные показатели будут являться базовыми. Их можно использовать при расчете модернизируемой системы как систему-аналог. Величина α зависит от способа повышения надежности системы. Наименее экономичным является способ дублирования всех элементов, отказ которых приводит к отказу системы ().

Таким образом, взаимосвязь бухгалтерской финансовой и бухгалтерской управленческой информационных систем с информационной системой управления технологическим процессом может быть осуществлена посредством предоставления ими информации для решения математических моделей оценки количества запасных элементов и оценки эффективности затрат на восстановление и ремонт, что позволяет в дальнейшем автоматизировать управление складскими запасами. Также данная взаимосвязь предполагает устранить искусственное разделение автоматизированных систем предприятий на АСУ, САПР и АСУТП. Структурная схема ИИС предприятия представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема интегрированной информационной системы предприятия.

Описание и расчет модели данной системы при различных исходных данных производится на языке для технических расчетов MatLab. В итоге на предприятии должна возникнуть корпоративная (комплексная) автоматизированная и математически описанная информационная система. В таких системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте.

Рецензенты:

Гоц А.Н., д.т.н., профессор кафедры тепловых двигателей и энергетических установок ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Владимир.

Кульчицкий А.Р., д.т.н., профессор, заместитель главного конструктора по испытаниям ООО «Владимирский моторо-тракторный завод», г. Владимир.


Библиографическая ссылка

Сурниченко К.А., Калашникова А.М., Жданов А.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КИРПИЧНОДЕЛАТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ СМК-350 // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=7782 (дата обращения: 18.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074