Этапы проектирования

Дисциплина «Электронные промышленные устройства»
Тема : Проектирование систем управления.
Сулимов Юрий Иванович
к.т.н., доцент кафедры «Промышленная электроника»
Темы цикла вебинаров
1.
2.
3.
4.
5.
Проектирование систем.
Разработка технического задания.
Синтез управляющих автоматов.
Промышленные роботы.
Примеры систем управления.
2
Дисциплина «Электронные
промышленные устройства»
Основана на знаниях:
 схемотехнической и системотехнической
подготовки;
 теории электропривода;
 теории автоматического управления;
 цифровой схемотехники;
 робототехнике;
 теории автоматов.
3
Краткий словарь терминов
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Менеджмент – это совокупность методов управления предприятием.
Бизнес-процесс – последовательность действий. Направленная на
получение заданного результата.
Маркетинг – это бизнес процессы по направлению товаров и услуг от
производителя к потребителю.
Коммуникация- инструменты, позволяющие оперативно и с
минимальными затратами доносить информацию до сотрудников.
Проектная мотивация -разработка систем премирования участников
проектной деятельности.
Холдинговая компания – это система коммерческих организаций,
владеющая контрольными пакетами акций и/или паями дочерних
компаний.
Декомпозиция – решение одной большой задачи решением серии
мелких задач.
Бизнес-единица это подразделение компании, отвечающее за
определенные функции или вид деятельности.
Объект управления это устройство (система), в котором(ой)
происходят процессы подлежащие управлению.
4
Проектирование систем
управления
• Система это набор компонентов,
выполняющих определенные функции
по отношению к внешнему окружению и
имеющий определенное количество
входов и выходов.
5
Представление системы в общем
виде
Вых 1
Вх 1
Вх 2
Вых 2
СИСТЕМА
----------
-----
Вх m
Вых m
ВНЕШНЕЕ
ОКРУЖЕНИЕ
6
Типы систем
Системы бывают естественные и искусственные.
Естественные системы это человек в общественной
среде.
Искусственная система – станок с ЧПУ для обработки
деталей на предприятии или система управления для
выпуска предприятием какого-то вида продукции.
Мы будем рассматривать искусственные системы.
Вопрос1. Назовите отличие автоматической системы от
автоматизированной.
7
Этапы проектирования по
пособию
• В пособии цикл проектирования состоит
из этапов: разработка ТЗ, эскизное и
техническое проектирование, а сам
цикл представлен слайдами 10, 11, 12
С 1 по 5 шаги в цикле отведены
техническому заданию. Однако до
разработки ТЗ должны быть проведены
некоторые работы, о которых будет
сказано выше.
8
Этапы проектирования
Начало
Формирование требований по созданию
системы управления технологическим
процессом
Разработка технического задания
Анализ технического задания.
Привлечение специалистов.
Исследование научных и
технических разработок
Разработка альтернативных решений
поставленной задачи
1
1
2
3
4
9
Этапы
проектирования
1
Выбор компромиссного решения.
Уточнение технического задания
5
Разработка архитектуры системы управления.
Разработка первичной документации
6
Разработка модульной структуры
7
Разделение модулей на аппаратные
и программные
Приобретение и заказ готовых модулей
(аппаратных и программных). Заказ на
изготовление конструкционных элементов
Разработка рабочей документации
на систему и ее части
Изготовление аппаратуры.
Создание программного обеспечения
8
9
10
11
Настройка аппаратуры. Отладка программ
12
Объединение системы. Комплексная отладка
13
Составление документации
2
14
10
Этапы проектирования
2
Лабораторные и сдаточные испытания
15
Устранение недостатков. Доводка системы.
Коррекция документации
16
Внедрение системы в производство
17
11
Другие подходы к
проектированию систем
Статья «Менеджмент в Росси и за рубежом»
№4-2006г:
• Методология проектирования полного цикла.
• Модель проектирования состоит из четырех
основных этапов.
• В общем виде проект состоит из диагностики,
технического задания, рабочего проекта и
бизнеса плана внедрения.
12
Цикл проектирования
13
Дополнения к методам(циклам)
•
•
•
•
Отсутствует маркетинг.
Общественный спрос.
Рынок сбыта и т.д.
Отсутствует этап: обзор по научнотехнической и патентной литературе.
14
Этапы проектирования
(с учетом дополнений)
Начало
Получение задания от заказчика в общем виде
и диалог между заказчиком и исполнителем
Маркетинг
Обзор по научно-технической и патентной литературе.
Проверка идеи на патентную чистоту.
Разработка технического задания
Анализ технического задания. Привлечение специалистов.
Исследование научнх и технических разработок.
Разработка альтернативных решений по
поставленной задаче.
Метод мозгового штурма.
1
1

1
1 
2
3
4
15
Средства автоматизации
проектирования
• Средства автоматизации проектирования
информационных систем фирмы Platinum
Technology.
• Средства визуального моделирования
объектно-ориентированных систем компании
Rational Software Corporation.
Это основные средства, но есть и другие
средства. Логика графического построения
процесса проста.* Существует четыре базовых
понятия для построения описания и
проектирования всех процессов.
16
Логика описания процессов
17
Логика построения процесса
• Вход процесса (INPUT) – значение сырья,
комплектующих, расходных материалов и других
ресурсов.
• Управление процессом (Control) – внешнее
управляющие воздействие на процесс. Стандарты
отечественные и внутренние предприятия,
законодательные акты и т.д. Выход процесса (Output)
– произведенная продукция, отчетность.
• Механизмы процесса (Mechanism) – оборудование,
ПО, средства связи и т.д. Дальнейшее описание
цикла проектирования сложное, поэтому применим
метод декомпозиции (от простых частей к сложному).
18
Циклы проектирования.
1 этап - диагностический
Диагностический этап – изучение условий,
подготовка технического задания и
включает 5 стадий:
определение целей и задач проекта;
текущая ситуация и стратегия компании;
анализ полученных данных;
подготовка основных выводов;
формирование задания на проект.
19
Диагностический этап
• Необходимо привлечь к проекту руководство.
• Получение поддержки руководства. Стратегия
компании.
• Постановка задачи на долгосрочную перспективу.
Объектом диагностики является существующая
система и окружающие факторы (организационная
инфраструктура), включающая стратегию
организации, управленческие инструменты и
организационную культуру. При жесткой
авторитарной культуре сложно говорить о развитии
инициативы рационализаторов и изобретателей.
Другая задача диагностического этапа–формирование
предложений по развитию ситуаций.
20
Вопрос 2. Можно ли использовать на
диагностическом этапе интерактивный
способ «мозговой штурм»?
Разработка рабочего проекта
Второй этап – это проектирование системы.
Цель: разработка рабочего проекта, анализ эффективности
предложений и определение механизма внедрения.
Имеет 5 стадий:





процедура разработки проекта.
создание рабочего проекта.
анализ эффективности проекта.
подготовка документации.
экспертиза и утверждение проекта.
РП разрабатывается на основе ТЗ по утвержденным параметрам
будущей системы. Крупные компании имеют холдинговую
структуру, состоящую из самостоятельных бизнес-единиц.
• Важная часть рабочего проекта – использование
информационных технологий, мощных баз данных и
современных средств коммуникаций, бизнес-единиц.
22
Вопрос 3. Можно ли создать холдинг из
управляющих компаний ЖКХ?
Этап внедрения
Имеет 5 стадий:
 Разработка бизнес плана;
 Материально-техническая подготовка;
 Создание проектной мотивации;
 Формирование и обучение команды;
 Коммуникация предполагаемых изменений.
Из опыта: внедрение трудоемкая работа (компании
разбросаны в пространстве).
24
Структура затрат
(на 3 этапа проектирования)
25
Оценка эффективности внедрения
• Оценка эффективности и последующее
улучшение системы(процесса).
• Критерий – несоответствие параметров при
проверках.
• Устранение несоответствия путем коррекции
(устранение несоответствия).
• Коррекции приводят к улучшению системы.
• Модель менеджмента при отсутствии
уровней служебной иерархии показана на
следующем слайде.
26
Эволюция идей менеджмента
P – plan (планируй, проектируй), D – do (внедряй), C –
check (проверяй), A – analyze (анализируй).
Интерес каждого исполнителя в улучшении своего участка
работы.
27
Выводы
 Предлагаемая методология не отрицает цикл
проектирования приведенный в начале
занятия.
 При проектировании систем управления
необходимо применять оба подхода с
добавлениями, которые были приведены
ранее.
 В основу проектирования должна быть
заложена эволюционная теория
менеджмента.
28
Пример. Структурная схема системы, реализующего способ подачи
информации о состоянии движения транспортного средства.
29
О структурной схеме.
• Система имеет три уровня управления. Верхний
уровень представлен органом исполнительной
власти имеет центральные диспетчерские службы с
центром сбора мониторинговой информации.
Уровень предприятий и организаций это средний
уровень и имеет подсистему производственного
автотранспортного предприятия, УВД, ГО и ЧС,
Скорой помощи, предприятий ЖКХ, подсистему
коммерческих перевозчиков и подсистему компаний
осуществляющих перевозку опасных грузов.
• Нижний уровень это уровень граждан, в котором
человек может по мобильной связи связаться с
верхним уровнем.
Вопрос 4. В чем заключается управление в этой
системе?
30
Система переработки радиоактивных отходов
Структурная схема системы контроля и
управления переработкой радиоактивных отходов
(приведенная на следующем слайде)**, в отличие от
предыдущего примера, реализована по двухуровневой
схеме.
Первый уровень – это технологический объект
управления, а второй образован подсистемами
контроля и обработки данных, центром сбора, хранения
и обработки данных и ПК главного оператора.
Вопрос 5. Исходя из определения объекта управления (краткий
словарь терминов) можно ли назвать объектом управления один из
модулей технологического объекта управления?
31
Первый уровень
Структурная схема
Технологический объект управления
Второй
уровень
Система контроля
Центр сбора, хранения
и обработки информации
Система обработки
данных
ПК Главный
оператор
32
Контрольные вопросы (из учебного пособия)
Вопрос 4.1. Что включает в себя микрокомпьютерная система
управления?
•Состав микрокомпьютерной системы управления разберем
на примере системы управления автомобильным двигателем.
•Приведенная на следующем слайде **микрокомпьютерная
система может контролировать восемь входных параметров,
обеспечивая оптимизацию момента искрообразования и
время накопления энергии для любой комбинации
определяемых системой восьми переменных, а также
контролировать состав смеси. По схеме видно, сигналы с
восьми датчиков и далее через устройства ввода поступают
на соответствующие входы МК. С выхода МК информация
поступает на модуль управления искрообразованием. Сигнал
на активизацию искры с выхода МК через модуль контроля
ритмичности поступает на модуль управления
искрообразованием.
33
Система управления двигателем автомобиля
34
Пример к вопросу 4.1
Система построена на микросхеме
МС6805S2 компании Motorola, которая имеет
два таймера и гибкую систему команд.
Один таймер отслеживает угол поворота
коленчатого вала двигателя, а другой задаёт
временную диаграмму образования искры в
цилиндре.
Таким образом, система содержит
микропроцессор, восемь датчиков, модуль
искро-образованием, модуль контрольного
индикатора зажигания и модуль контроля
ритмичности.
35
Более сложная система управления двигателем
• В данной системе (следующий слайд) **
контролируется состав выхлопных газов и
система в процессе работы двигателя может
точно регулировать состав смеси.
• Таким образом, обеспечивается соблюдение
стандартов на состав выхлопных газов.
Требования, предъявляемые к такой
системе, реализуются на более мощном
компьютере таком, как СМ68НС11 компании
Motorola, в состав которого входят три 16разрядных регистра общего назначения и
высокоэффективная таймерная система.
36
Более сложная схема управления двигателем
37
Вопрос 4.10. Какие процедуры входят в
модуль восстановления любой системы?
Для ответа на этот вопрос необходимо
обратиться к стр.23 учебного пособия.
• Здесь показано дерево вызова процедур. В
модуль восстановления входят процедуры,
которые были нарушены при какой-то
нештатной ситуации. Например, необходимо
при внезапном отключении электроэнергии и
появлении последней обеспечить
необходимые параметры системы .
38
Спасибо за внимание !
• Возникшие вопросы и пожелания присылайте
через диспетчерский отдел ФДО.
• Следующее занятие будет посвящено разработке
технического задания.
• Материал по разработке технического задания
можно найти в разделе 1.1 учебного пособия.
• Следует познакомиться с ГОСТ 34.602-89.
39