5.3 Техническая структура и программное обеспечение автоматизированных систем управления производством.

Технические предпосылки появления компьютеризованного интегрированного производства основываются на создании и широком распространении средств управляющей вычислительной техники на микроэлектронной и мик­ропроцессорной элементной базе, персональных компьюте­ров, систем программного управления, программируемых контроллеров, локальных вычислительных сетей и соответствующего программного обеспечения.

Интегрированная система управления автоматизирован­ного многономенклатурного производства реализуется в ви­де совокупности автоматизированных рабочих мест (АРМов) специалистов по различным аспектам управления производством, объединенных, как правило, трехуровне­вой гиперсетью, в состав которой входят ряд проблемно-ориентированных локальных вычислительных сетей (ЛВС), Обычно нижний уровень гиперсети охватывает ЛВС производственных участков, средний уровень — ЛВС це­хов и производств, а верхний уровень представляет сеть всего предприятия.

Для управления предприятием в целом обычно предус­матривается совокупность следующих АРМов:

• директора;

• заместителя директора;

• главных специалистов;

• начальников отделов служб;

• специалистов отделов по планированию и учету;

• операторов складов заводского подчинения.

Для осуществления автоматизированной технической подготовки производства используются следующие АРМы:

• конструктора;

• технолога;

• нормировщика;

• расчетчика норм расхода материалов;

• программиста для оборудования с программным управлением;

• инженера по технической подготовке производства.

Для управления цехами традиционной структуры предусматриваются следующие АРМы:

• начальников цехов;

• начальников бюро;

• мастеров участков;

• диспетчеров бюро;

• экономистов цехов;

• контролеров ОТК;

• операторов внутрицеховых кладовых.

Для управления цехами, образующими компьютеризо­ванное автоматизированное производство, предусматри­ваются следующие АРМы:

• руководства;

• экономиста;

• плановика;

• диспетчера;

• служб эксплуатации;

• мастеров участков;

• операторов гибких производственных участков;

• контролеров ОТК;

• операторов-комплектовщиков;

• отделений инструментальной подготовки;

• отделений сборки универсально-сборных приспособ­лений и оснастки (УСПО);

• операторов автоматизированных транспортно-складских систем.

Для обеспечения объединения различных элементов АСУ в единый связанный комплекс развивается концепция построения АСУ интегрированных производств по принципу локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Под локальной сетью понимают надежную высокоско­ростную систему связи, которая обеспечивает взаимосвязь устройств обработки информации равноправным или ие­рархически подчиненным способом либо с помощью ком­бинации обоих способов. Такое объединение осуществляет­ся в пределах определенной ограниченной площади.

С функциональной точки зрения локальные вычисли­тельные сети представляют собой каналы различной кон­фигурации с ветвями и узлами. Узлами могут быть про­граммируемые контроллеры, устройства ЧПУ, персональные компьютеры, микропроцессорные комплек­ты и др.

Локальная сеть характеризуется следующими основны­ми элементами: базовыми средствами, структурой, метода­ми передачи сигналов, методами выборки сигналов.

Базовые средства представляют собой физический ка­нал, используемый для взаимосвязи узлов сети. Такие ка­налы подразделяют на ограниченные (витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель) и неограни­ченные (радио- и микроволновые, инфракрасные и др.).

Для локальных сетей в основном применяются три ти­па структуры — звезда, кольцо и магистраль.

Структура типа «звезда» характеризуется централизо­ванной схемой передачи данных. Суммарная длина соеди­нительных кабелей здесь наибольшая по сравнению с дру­гими схемами. Отказ центрального процессора выводит из работы всю локальную сеть.

Кольцевая структура является распределенной, но так­же требует значительного расхода кабеля и имеет ограни­ченную способность к расширению. Выход из строя како­го-нибудь одного узла может вывести из строя всю сеть, если только не предусмотрены обходные цепи.

Магистральная конфигурация характеризуется опреде­ленным усложнением структуры потока данных и наличи­ем устройств, идентифицирующих сообщения и управляю­щих их приемом и передачей. Затраты кабеля здесь наи­меньшие. Подобная конфигурация удобна для расширения, и выход из строя какого-либо узла не вызывает потери ра­ботоспособности всей системы.

Используются также комбинации названных структур.

Что касается передачи сигналов, то в локальных сетях в основном используются два метода передачи сигналов — базовый и многополосный. При базовом методе Сигналы передаются в первоначальном модулированном виде, и одному сигналу соответствует одна жила кабеля.

При многополосной передаче один физический канал делится на несколько независимых частотных каналов, ко­торые можно использовать для передачи информации раз­ных, видов.

Выборка информации в локальных сетях может быть реализована различными способами, но наибольшее рас­пространение получили два: с опознавательными метками (идентификаторами) и с детектированием совпадений. По первому способу, более распространенному, адресуемый па­кет, содержащий кодовый набор (метку), перемещается от узла к узлу. И наличие соответствующей метки в том или ином узле дает ему доступ к информации, исключая воз­можность такого доступа для других узлов.

Применение общих принципов компоновки структур из разнородных устройств вызывает необходимость в стандар­тизации связей. Для этих целей предложена международ­ная модель ISO-OSI, которая стандартизует обмен инфор­мацией между устройствами, охваченными ЛВС. В соот­ветствии с этой моделью процедура обмена данными уни­фицируется по семи уровням, которые определяются сле­дующим образом (начиная с самого низкого):

1. физический уровень, определяющий электричес­кие, механические и функциональные характеристики схем обмена информацией;

2. уровень канала передачи данных, на котором уста­навливается, поддерживается и блокируется канал переда­чи информации и контрольных сигналов;

3. уровень коммуникации, на котором осуществляется переключение, сегментация, блокирование и контроль передаваемых массивов и восста­новление ошибочно переданных сигналов;

4. уровень передачи, на котором осуществляется пе­редача данных, непрерывный контроль и мультиплексиро­вание;

5. уровень сеансов связи, на котором происходит ин­терпретация данных, преобразование форматов и кодов;

6. уровень воспроизведения, на котором происходит интерпретация данных, преобразование форматов и кодов;

7. уровень применения, на котором осуществляется использование принятых данных.

Комплекс технических средств интегрированной систе­мы управления предприятия в соответствии с ранее сказан­ным должен состоять из трех компонентов: АСУ ПХД, АС ТПП и АСУ АП — и может реализовываться на локальных вычислительных сетях какого-либо серийно выпускаемого типа. Рабочими станциями та­кой ЛВС являются персональные компьютеры, обеспечивающие как обработку информации (решение задач) в автономном режиме, так и обмен данными между различными компьютерами сетей по каналам (линиям) свя­зи. Количество этих компьютеров обуславливается числом их пользователей с учетом распределения задач ИАСУ.

Локальные вычислительные сети с центральными узла­ми (файл-серверами) обычно используются для подсистем верхнего (заводского) уровня (например, управления мате­риально-техническим снабжением, технико-экономического планирования, управления сбытом, бухгалтерского уче­та и т. д.), для цехов основного и вспомогательного произ­водства, для АС ТПП и для управления автоматизирован­ным производством. На файл-серверах этой ЛВС, в качест­ве которых могут, например, использоваться компьютерыIBM PC, хранятся локальные базы данных (ЛЕД) отдель­ных подсистем и АРМов, предназначенных для хранения конкретных задач пользователей. Связь файл-серверов, хранящих ЛЕД, и отдельных компьютеров, которые долж­ны быть подключены к системе обмена данными, осуще­ствляется с помощью общезаводской ЛВС, реализуемой на типовых сетевых средствах.

В состав комплекса технических средств ИАСУ входят терминальные концентраторы (коммуникационные кон­троллеры), обеспечивающие подключение оконечных уст­ройств сети (терминалов) к ЛВС через интерфейсы.

Персональные компьютеры и АРМы устанавливаются, как правило, непосредственно на рабочих местах индиви­дуальных абонентов (пользователей) для решения конкрет­ных задач ИАСУ. Однако в некоторых случаях целесооб­разно организовывать так называемые абонентские инфор­мационные пункты (АИП) для коллективного пользова­ния, которые создаются в специально оборудованных ком­натах (кабинах). Создание подобных АИП позволяет повы­сить загрузку компьютеров и улучшить условия их экс­плуатации.

С целью обеспечения достаточного уровня ремонтопригод­ности и надежности функционирования комплекса техниче­ских средств и подсистем ИАСУ следует предусматривать:

• организацию обмена данными с помощью дискет в качестве резервного варианта, альтернативного обмену по каналам связи;

• дублирование информации, хранящейся на дисках, путем ведения «зеркальных дисков», создания резервных копий на дискетах, использования стриммерных накопи­телей с возможностью переноса данных на указанные но­сители как в ручном, так и в автоматическом режиме с це­лью дальнейшего их использования на работающих уст­ройствах вместо отказавших;

• возможность подключения и переключения резерв­ных устройств вместо вышедших из строя;

• специальные функции поддержания надежности общесистемного и сетевого программного обеспечения автономных рабочих мест, рабочих станций и файл-серверов из состава сетевого оборудования.

Обеспечение физической сохранности данных при от­ключении электропитания или авариях технических средств производится за счет резервных источников посто­янного электропитания ЛВС и файл-серверов, а также плат постоянного питания АРМов и компьютеров, обеспечиваю­щих сохранность данных в течение требуемых интервалов времени.

Численность обслуживающего персонала определяется для конкретной ИАСУ, исходя из состава и количества ис­пользуемых технических средств.

Функционирование комплекса технических средств в соответствии с задачами, решаемыми ИАСУ, осуществля­ется соответствующим программным обеспечением (ПО). В состав ПО входят:

• общесистемное программное обеспечение;

• прикладные программы (ПП) для задач и функций ИАСУ согласно описанному выше в п. 5.2.

Общесистемное программное обеспечение (ОПО) пред­ставляет собой набор программных компонентов, предназ­наченных для выполнения типовых услуг, общих для при­кладных программ. Состав ОПО определяется конфигура­цией технических средств и технологией обработки инфор­мации.

Структура ОПО выбирается из условия удовлетворения следующим главным критериям:

1. максимальная реализация средствами компонентов ОПО набора типовых функций, определенных комплекса­ми задач всех подсистем;

2. применение программных средств, независящих от конкретной конфигурации компьютеров;

3. наличие мощных и развитых средств разработки при­кладного программного обеспечения (ППО);

4. широкое распространение выбранных Компонентов, чем обеспечивается возможность дальнейшего развития и применения, новых версий;

5. максимальная совместимость составляющих компо­нентов — ОПО различных компонентов ИАСУ должно быть максимально унифицировано с целью обеспечения проце­дур сетевого взаимодействия, информационной совмести­мости и уменьшения затрат на эксплуатацию и сопровож­дение.

В ОПО ИАСУ выделяются следующие компоненты:

• операционные системы;

• сетевое программное обеспечение;

• системы управления базами данных;

• языки программирования;

• инструментальные средства;

• проблемно-ориентированные пакеты прикладных про­грамм (ГТПП).

Операционная система (ОС) реализует локальную сре­ду взаимодействия компонентов ПО, выполняет основные управляющие функции общесистемного уровня и поддер­живает организацию вычислительного процесса. Правиль­но выбранная ОС должна быть распространена в мире, иметь широкий выбор прикладных пакетов, систем и ин­струментальных средств, в том числе компиляторов с язы­ков высокого уровня. При этом должен быть накоплен опыт поставки такой ОС на различные типы IBM-совмес­тимых компьютеров. Практически используемый в том или ином конкретном случае вариант ОС должен быть функционально соответствующим реализуемой ИАСУ и может не содержать всей полноты функций стандартной операционной системы.

Сетевое программное обеспечение (СПО) должно обес­печивать доступ к общим данным из разных станций сети (различных компьютеров) как в режиме работы приклад­ных программ, так и в среде DOS. СПО должно поддержи­вать основные типы сетевых адаптеров, а также интерфей­сы, предусмотренные для подключения удаленных рабо­чих станций и других сетей. При выборе СПО должно быть предусмотрено следующее:

• возможность переконфигурации сети в случае необхо­димости добавления новых станций и исключения ранее использовавшихся функций отдельных узлов либо их из­менения;

• надежность и эффективность хранения и обработки данных общего пользования;

• наличие системы управления полномочиями пользо­вателей и, в частности, защиты данных от несанкциониро­ванного использования.

Защита данных от несанкционированного использова­ния и обеспечение прав и полномочий пользователей долж­ны производиться на двух уровнях: на уровне сети и на уровне пользовательского АРМа. СПО включает средства

контроля и диагностики функционирования сети в целом, а также отдельных каналов и рабочих станций.

СПО должно обеспечивать также функционирование программных средств прикладного уровня, например се­тевых версий систем управления базами данных, тексто­вых редакторов, а так же средств многопользовательского доступа к файлам, имеющимся в распространенных алго­ритмических языках и соответствующих сетевому стан­дарту.

База данных (БД) ИАСУ предназначается для обеспече­ния функционирования задач ИАСУ, информационного об­служивания пользователей; получения платежных и ут­верждаемых документов. При разработке структуры БД ос­новными критериями являются:

• минимизация состава исходной информации;

• минимизация объема внешней памяти для размеще­ния исходной информации;

• минимизация времени доступа к информации. Спроектированная БД должна удовлетворять следую­щим требованиям:

• данные, используемые для решения задач на различ­ных рабочих станциях, должны размещаться в общей базе данных на сервере, а остальные данные должны разме­щаться в локальных базах данных на соответствующей ра­бочей станции;

• размещение данных должно быть «прозрачным» для пользователя и для прикладных задач ИАСУ;

• должны использоваться единые принципы классифи­кации-, кодирования, размещения, доступа и обновления информации в любых создаваемых базах данных;

• должны учитываться ограничения и возможности ис­пользуемых СУБД и ЛВС с целью разработки оптимальной технологии работы с данными;

• должны обеспечиваться устойчивость БД к сбоям в отдельных узлах сети и независимое восстановление ин­формации в каждом узле сети;

• должна быть разработана единая технология обработ­ки сбойных ситуаций в различных узлах сети, обеспечива­ющая максимально возможное восстановление информа­ции, а также единая технология совместного использова­ния и обновления данных в общесистемной БД.

В качестве языков программирования могут использо­ваться хорошо известные алгоритмические языки общегоназначения, такие, например, как Си, ТурбоПаскаль, ФОР­ТРАН,AutoLISP.

Инструментальные средства, используемые в ИАСУ, в основном сводятся к различного рода редакторам, текстовым процессорам и лингвистическому обеспечению.

Лингвистическое обеспечение должно способствовать выполнению следующих функций:

• описанию графической информации чертежей и схем (деталей, эскизов операций и инструментальных наладок, сборочных и компоновочных чертежей, планировок и др.);

• общению оператора с компьютерами в режиме диало­гового проектирования и поиск информации;

• формированию баз данных;

• корректировке баз данных и результатов проектиро­вания и планирования;

• формированию сообщений.

Должна обеспечиваться возможность работы как в па­кетном, так и в диалоговом режиме.

Для работы в пакетном режиме разрабатываются или используются имеющиеся внешние и внутренние техноло­гические и графические языки, например различные вер­сии языка AutoCAD.

Работа в диалоговом режиме подразумевает возмож­ность использования:

• запросно-ответного языка;

• выбора из «меню»;

• метода заполнения «пустых мест».

Для прогрессивных версий ПО ИАСУ характерным яв­ляется модульная структура и наличие «дружественного» интерфейса на основе широкого использования окон, меню и подсказок.