Об этапах создания специального программного и информационного обеспечения автоматизированных систем

Проектированию программного обеспечения автоматизированных систем предшествует алгоритмизация производственного процесса (АПП)-составление его математического описания (математической модели). Источником исходной информации для АПП служат теоретические и экспериментальные данные, а также эвристические неформальные сведения об изучаемом процессе. Эту информацию можно получить заранее (априорные данные) и непосредственно в процессе исследования (апостериорные данные). Существенную роль в изучении сложных процессов играет человек-специалист в данной области, что накладывает отпечаток индивидуальности на схему АПП, делая ее наиболее рациональной для данного ТОУ и конкретных условий исследования. Тем не менее существует общепризнанная схема АПП, содержащая следующие этапы:

• предварительный анализ задачи алгоритмизации и объекта исследования (выясняются цели и основные этапы исследования, оценивается ожидаемая экономическая эффективность и целесообразность принятой схемы изучения объекта и результатов его алгоритмического анализа);
• структурное описание исследуемого производственного процесса (на этом этапе применяются методы сетевых представлений-схемы, графы для отображения между параметрами и элементами производственного процесса);
• теоретический анализ уравнений между параметрами процесса и экспериментальное определение статических и динамических характеристик процесса (на этом этапе используются методы идентификации);
• моделирование процесса и проверка адекватности (соответствия) математического описания реальному производству;
• анализ полученной математической модели и выработка рекомендаций по улучшению производственного процесса;
• формулирование оптимальны алгоритмов на основании рекомендаций предыдущего этапа;
• проверку и корректировку полученных результатов в условиях эксплуатации системы.

Разработка СПИО, как основной части АСУ ТП, регламентируется документами, определяющими разработку автоматизированных систем (в том числе Государственными стандартами на автоматизированные системы управления технологическими процессами). В то же время на него распространяется действие документов Единой системы программной документации, оговаривающих стадии разработки, этапы и содержание работы, а также виды программ и программных документов.

Практически стадии создания СПИО по наименованию те же, что и стадии создания систем управления технологическими процессами в целом. При этом допускается объединять, исключать этапы работ и (или) их содержание, а также вводить другие этапы работ по согласованию с заказчиком.

Выпуск технического задания на СПИО осуществляется на стадии разработки технического процесса АСУ ТП и, таким образом, сдвинут относительно окончания разработки технического задания на систему АСУ ТП в целом, включают следующие этапы:

• предварительное обследование автоматизируемого технологического процесса;
• предпроектные научно-исследовательские работы;
• эскизная разработка АСУ ТП;
• разработка технического задания на создание АСУ ТП.

На этой стадии предпроектных работ производятся теоретические исследования наиболее сложных задач управления для предварительного выбора соответствующих методов их решения. Результатом исследований должно быть описание объекта управления и разработка задания на проведение экспериментальных исследований, в котором содержатся:

• методика проведения эксперимента;
• методика обработки экспериментальных данных;
• форма представления результатов экспериментальных исследований.

Перед проведением экспериментальных исследований уточняются параметры основного эксперимента: необходимые величины возмущений, частота и погрешность измерений, длительность и количество опытов и т.п. Дается предварительная оценка выполнения условий, определяющих достоверность информации (оценивается стационарность случайных процессов, воспроизводимость состояний объекта, необходимых для основного эксперимента). Затем получается и обрабатывается вся информация, определенная заданием на экспериментальные исследования. После обработки данных проводятся контрольные исследования. Этап экспериментальных исследований предусматривает получение зависимостей (параметров), составление или уточнение схемы эксперимента и ее описание, уточнение методики обработки полученных экспериментальных данных, получение первичных экспериментальных данных.

На основе анализа технологического процесса как объекта управления, анализа информационных потоков формулируется критерий управления и ограничения, разрабатываются предварительные математические модели, формулируется задача синтеза алгоритмов контроля и управления, осуществляется предварительный выбор методов их решения.

Разработка математических моделей для автоматизированных систем включает:

• технологическую схему процесса, в которой отдельно изображаются все основные параметры и агрегаты, в отношении которых реализуются функции АСУ ТП, и показываются материальные и энергетические потоки с обозначением на них всех величин, необходимых для характеристики соответствующих потоков;
• описание преобразований веществ и энергии, осуществляемых в технологическом процессе;
• системы уравнений в буквенной форме для каждого из устройств, аппаратов и агрегатов технологического оборудования;
• таблицу величин с указанием наименования обозначаемой величины, ее размерности, диапазона изменения для переменных величин, значения и точности определения этого значения для постоянных величин, способа определения величины;
• способы определения неизвестных функций, входящих в системы уравнений, если эти функции возможно или целесообразно определять лишь в ходе функционирования систем управления технологическими процессами.

Для синтеза алгоритмов управления необходимо установить расчетный интервал управления (полное расчетное время суммирования показателей эффективности для вычисления критерия управления) и осуществить декомпозицию (разложение) общей задачи управления на эквивалентное множество более простых задач.

На этапе эскизной разработки осуществляется разработка функций начально-алгоритмической структуры, предварительный синтез основных алгоритмов контроля и управления. На этом этапе очень полезна экспериментальная проверка алгоритмов управления на действующих установках. Таким образом, на этапе технического задания на систему в целом разрабатывается полный перечень функциональных задач, для решения которых предназначена система. На этапе технического проекта при системотехническом синтезе систем управления технологическими процессами разрабатываются постановки для всех задач, решаемых системой. После определения перечня инициативных и измеряемых сигналов, схем информационных потоков и состава информационно-управляющего комплекса переходят к завершению фазы Техническое задание на специальное математическое (программное) и информационное обеспечение. Завершение остальных стадий СПИО совпадает с завершением основных стадий разработки АСУ ТП в целом. Смысл выполняемых работ на этих стадиях ясен из анализа состава документов.