Информационные системы в металлургии презентация

Литература:
1. Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные технологии в металлургии. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2004. – 495 с.
2. Бойко В.И., Смоляк В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами в черной металлургии. Днепродзержинск: 1997 Г.
3. Кукуй Д.М., Одиночко В.Ф. Автоматизация литейного производства. Учебное пособие. – Минск: Новое знание, 2008. – 240 с.

Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов, а информационные системы (ИС) стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности. Разнообразие задач, решаемых с помощью ИС, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.
Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков. В основу рассматриваемой классификации положены наиболее существенные признаки, определяющие функциональные возможности и особенности построения современных систем. В зависимости от объема решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования, информационные системы делятся на ряд групп (классов).

Классификация информационных систем

По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции. В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.
Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой, информационные системы делятся на ручные, автоматические и автоматизированные.
Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.

В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека.
Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятия "информационная система".
В зависимости от характера обработки данных ИС делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие.
Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. (Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.)

Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие.
Результирующая информация управляющих ИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем характерны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных. (Например, ИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета.)
Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных. (Например, экспертные системы.)

В зависимости от сферы применения различают следующие классы ИС.
Информационные системы организационного управления - предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.). Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.
ИС управления технологическими процессами (ТП) - служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления,

химического состава и т.п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов.
ИС автоматизированного проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.
Интегрированные (корпоративные) ИС - используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности.

Основные понятия теории
информационных систем
Событие – последствие поведения (действия) человека или функционирования технического устройства в соответствующей сфере деятельности, вызванное источником информации.
Управляющее воздействие – совокупность воздействий на систему, переводящих ее в требуемое целевое состояние на уровне основных ресурсов, участвующих в рассматриваемом процессе.
Система информации представляет собой информационную среду, которая позволяет определить: где, когда, при каких обстоятельствах произошло событие? Каким образом его воспринять, уловить, зафиксировать? Где, когда и как следует применить управляющие воздействие.

Автоматизированная информационная система в общем случае осуществляет следующие операции:
Сбор, первичная обработка и оценка достоверности информации;
2. Преобразование информации, т.е. возможное преобразование информации (перекодирование, перезапись), когда способ представления информации или ее носитель не совместимы с блоком ее использования;
3. Передача информации в пункт хранения;
4. Хранение информации;

5. Возможная вторичная обработка, когда полученную информацию нельзя использовать непосредственно, т.е. когда она в том виде, в каком есть, не может вызвать требуемого управляющего воздействия;
6. Передача информации и выдача информации пользователю (представление информации);
7. Компьютерная поддержка принятия решений;
8. Использование информации лицом, принимающим решение, для осуществления задач управления.

Структура информационной системы

Автоматизированная информационная система – это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств (в том числе и компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения, обработки, манипулирования и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Иными словами, Автоматизированная информационная система – это человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.
Главная цель информационных систем предоставить достоверную информацию в определенное время, определенному лицу, в определенном месте и за определенную плату.

Информационные системы в металлургии
Главная цель информационных систем в металлургии – создание эффективной и надежной информационной структуры анализа сквозной технологии, пригодной к промышленному использованию.
Основные требования к информационным системам в металлургии:
- осуществление контроля в реальном времени и непрерывно;
- высокая производительность, гарантия качества услуг и их надежность;
- обеспечение гибкой интеграции и взаимодействия друг с другом ряда независимых друг от друга информационных систем

Структурированная схема интегрированной АСУ
литейным производством

Характеристика металлургического производства как объекта управления
Технологические и производственные процессы в зависимости от вида выпускаемой продукции разделены на следующие типы: основные, вспомогательные, управления, контроля и исследований.
К основным технологическим процессам относят: подготовку шихты, выплавку сплавов, изготовление литейных форм, заливку расплава и т.д.
К вспомогательным - ремонтные работы, изготовление запасных частей и оснастки и т.п.
К производственному процессу управления относятся организация, синхронизация и координация.
Организация - комплекс операций по планированию последовательности технологических процессов в пределах цеха или всего предприятия.

Эту функцию обычно выполняет плановая служба предприятия или плановый отдел.
Синхронизация – комплекс операций по обеспечению совмещения во времени завершения и начала операций последовательных технологических процессов, т.е. следующая операция начинается после окончания предыдущей.
Координация – комплекс мероприятий и операций по обеспечению параллельного функционирования нескольких взаимосвязанных технологических процессов одного уровня.
Выполнение всех перечисленных операций и мероприятий возможно при наличии более высокого уровня управления и соответствующей ему структуры, которые и составляют производственную систему.

По структуре металлургическое производство может быть однолинейным, многолинейным, и многолинейным с перекрестными взаимосвязями. В прямой зависимости от структуры металлургического предприятия находится структура интегрироанной АСУ.

Для металлургического производства важное значение при решении задач автоматического управления является характер производственных операций и технологических процессов. Производства могут носить непрерывный, дискретный (периодичный, цикличный) и непрерывно-дискретный.
Для непрерывного тех. процесса характерен непрерывный поток перерабатываемых материалов в агрегате или в цепи агрегатов. Такой агрегат является объектом с распределенными параметрами, значения которых изменяются в пространстве и постоянны во времени.
Для дискретного тех. процесса характерна последовательно повторяющаяся циклическая переработка в агрегате отдельных порций материалов, изменяющих свое состояние за время тех. процесса. Агрегат при этом рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами, величины которых изменяются во времени и течении цикла и неизменны в рабочем пространстве агрегата.

При дискретном производстве каждая следующая порция материалов начинает перерабатываться после завершения переработки предыдущей и некоторого времени на подготовку агрегата к новому циклу.
Пример непрерывно-дискретного процесса доменная плавка, в которой процесс выплавки чугуна происходит непрерывно, а загрузку шихты и выпуск продуктов плавки производят дискретно.
Характерной особенностью тех. процессов в металлургии является: их большая длительность с большими интервалами времени реагирования процесса на возмущения и управляющие воздействия (доменный процесс); и быстрое протекание процесса с минимальным запаздыванием реагирования на возмущения и регулирующие воздействия. В первом случае процессы инерционные, а во втором – быстропротекающие.

Для успешного решения задач разработки АСУ ТП для конкретных металлургических агрегатов последние классифицированы по признакам в 5 последовательных уровней: производственный, технологический, материальный, конструкционный и энергетический.
Классификация объектов по таким признакам позволяет унифицировать технологические решения и средства реализации АСУ ТП металлургических агрегатов, цехов и предприятий.

Особенности управления тех. процессами металлургического производства
Эффективная организация работы металлургического предприятия может быть реализована решением трех групп управляющих задач, которые в иерархическом отношении образуют три уровня.
К высшему уровню относятся организация, синхронизация и координация взаимодействия технологических операций и оборудования.
К среднему уровню принадлежит оптимизация и адаптация отдельных технологических производств и участков.
К низшему уровню относятся цифровое управление, стабилизация и контроль технологических параметров агрегата и процесса.
Следовательно автоматизированная система управления (АСУ) состоит из составных частей, которые предназначены для конкретных целей управления объектом.

Объектами управления являются отдельные параметры или технологический процесс в целом; металлургические агрегаты или цехи, предприятия и отрасли промышленности.
Управление – создание условий протекания тех. процесса с целью получения заданных результатов на основания анализа поступающей с объекта различной информации.
Процесс управления состоит из следующих действий:

получение исходной информации о целях управления;
получение оперативной информации о состоянии объекта и технологического процесса в данный момент времени;
сравнение указанных двух видов информации и при наличии рассогласования между ними принятие решения по управлению;
реализация принятого решения и контроль по каналам обратной связи эффективности управляющего воздействия на объект.
Для эффективного управления необходима наиболее полная и достоверная информация о состоянии объекта и технологического процесса.
Такой информацией служат: входные и выходные параметры; возмущающие и управляющие воздействия; а также параметры состояния объекта.

Х1…Х4 – входные параметры;
Z1…Z4 - возмущающие воздействия;
U1…U4 – управляющие воздействия;
Y1…Y4 – выходные параметры (цели управления);
S1…S4 – параметры состояния объекта.

Основные металлургические агрегаты (доменные и мартеновские печи, кислородные конверторы и т.п.) являются, с точки зрения теории автоматического регулирования и управления многомерными, т.е. имеющих много входных и выходных параметров и подверженными многочисленным возмущениям при ограниченном количестве регулирующих и управляющих воздействий.
Подавляющее большинство металлургических объектов относится к объектам с распределенными параметрами и многофункциональными зависимостями выходных параметров от входных, значительно усложняющими регулирование и управление тех. процессами.
Металлургические объекты и технологические процессы нелинейные и, следовательно, их закономерности описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Поэтому точные математические описания и модели реальных металлургических явлений отсутствуют. Имеющиеся математические модели разработаны с допущениями и упрощениями.

Существенные трудности для контроля, регулирования и управления работой металлургическими агрегатами создают: инерционность и быстротечность процессов и резкие колебания их во времени; высокая температура; запыленность; вибрации; наличие неконтролируемых возмущений из-за отсутствия соответствующих датчиков; недостаточная изученность процессов как объектов автоматизации.
Недостаточная изученность металлургических процессов как объектов автоматизации объясняется значительной трудностью экспериментального определения их статических (зависимость выходных параметров от входных в установившемся режиме) и динамических (зависимость выходных величин от входных в переходном режиме) характеристик.
Эта трудность объясняется следующими факторами:

Установившийся режим достигается, если в объекте абсолютно полностью соблюдается материальный и энергетический баланс, что на практике трудно обеспечить.
Статические характеристики могут определяться приближенно и расчетным путем.
Динамические характеристики определяются воздействием на вход объекта типовых возмущений и количественным определением отклонения выходных параметров, отреагировавших на это возмущение.
Статические и динамические характеристики большинства металлургических объектов имеют нелинейный характер, затрудняющий регулирование их параметров.
Основные металлургические агрегаты обладают значительной аккумулирующей способностью, которая проявляется в единовременном запасе значительных количеств перерабатываемых материалов и энергии.

Таким агрегатам свойственно явление самовыравнивания, которое проявляется в возвращении теплового состояния агрегата после окончания возмущения к прежнему состоянию без каких-либо регулирующих воздействий. Объекты обладающие свойством самовыравнивания (регулирования) называются статическими или устойчивыми.
Объекты, в которых при регулировании или возмущении выходной параметр неограниченно изменяется с постоянной скоростью, пропорциональной величине возмущения называются астатическими.
Астатические объекты не обладают самовыравниванием.

Экономические аспекты автоматизации производственных процессов в металлургической промышленности
Капитальные вложения в сферу управления в два раза эффективней вложений непосредственно в производство.
Срок окупаемости капитальных затрат на создание АСУ в металлургической промышленности не превышает двух лет.
Под экономическим эффектом автоматизации управления производством подразумевается изменение хозяйственной деятельности объекта управления, достигаемое в результате применения технических средств автоматического контроля, регулирования, управления электроники, входящих в состав АСУ.
Результаты функционирования АСУ увязываются с итогами хозяйственной деятельности на объекте управления, а расчет экономического эффекта сводится к сравнению последнего с затратами на его достижение.

Экономическим критерием, наиболее полно отражающим эффективность производства, является повышение производительности труда, которая учитывает и живой и овеществленный труд, и в динамике определяется фондоотдачей, созданной чистой продукцией, производительностью труда персонала и уровнем использования ресурсов.
В условиях металлургической промышленности, имеющей сравнительно небольшую численность обслуживающего основные агрегаты персонала, автоматизация производства не приводит к значительному высвобождению рабочей силы, но требует привлечения высококвалифицированных специалистов для обслуживания АСУ.
Также для оценки эффективности автоматизации управления применяется срок окупаемости производственных затрат на внедрение АСУ и полученную от этого прибыль. При этом принимается во внимание, что:

повышение производительности агрегатов эквивалентно строительству новых агрегатов;
улучшение качества металла увеличивает срок службы изготовленных из него изделий и по сути равнозначно увеличению производства;
экономия сырых материалов, топлива и других энергоносителей эквивалентна увеличению добычи руды, угля нефти и газа.
Для эффективного управления металлургическими агрегатами с применением АСУ необходима многочисленная достоверная и полная информация, т.е. сведения о начальных условиях производства и конечных результатах производства.
Чем больше параметров измеряется, контролируется и стабилизируется, тем дороже комплексная АСУ.

Эффективность АСУ и затраты на их приобретение, монтаж, наладку и обслуживание связаны экспоненциальной зависимостью:
где Э – эффективность внедрения данной АСУ;
Эmax – максимальная эффективность, соответствующая полному объему информации и полной автоматизации объекта;
К – стоимость только данной АСУ;
К0 – стоимость всех технических средств автоматического контроля, регулирования и управления объектом до начала внедрения АСУ;
В0 - коэффициент, характеризующий начальное конструктивное и технологическое состояние объекта.

Зависимость эффективности производственного процесса от количества информации J и ее стоимости К
Из зависимости следует, что по мере увеличения капитальных вложений на автоматизацию эффективность Э приближается к максимальной Эmax, но при дальнейшем увеличении затрат приращение эффективности ΔЭ на единицу расходов К уменьшается.
Из анализа уравнения следует:
1. Рациональный уровень автоматизации технологических процессов и производств в металлургии определяется с учетом социальных и экономических потребностей в управлении.

2. Разработку и внедрение систем управления целесообразно выполнять поэтапно, создавая иерархические системы, позволяющие создавать автономное функционирование нижних уровней, без ожидания достройки всех уровней иерархии.
3. В связи с частым технологическим непостоянством многих металлургических процессов, подверженным разным закономерностям и случайным возмущениям, при их автоматизации следует отдавать предпочтение адаптивным системам, приспосабливающимся к изменяющимся условиям работы объекта управления. Для адаптивных систем в большинстве случаев вполне достаточно иметь только математические модели металлургических процессов и не обязательна трудоемкая, весьма сложная и не всегда возможная разработка математических моделей и алгоритмов управления.

4. Максимальный экономический эффект от автоматизации металлургических процессов достигается при модернизации конструкций агрегатов, интенсификации технологических процессов, механизации трудоемких и тяжелых физических работ, применении новейших технических средств контроля, регулирования и управления, а также наличии высококвалифицированных специалистов по автоматизации и управлению.

Уровни автоматизированной информационной системы промышленного предприятия

5-й уровень (MRP, ERP) управление всеми ресурсами предприятия. Информационные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учета, управления финансами и материально-техническим снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и др.
1-й уровень (ввод/вывод). Уровень непосредственного взаимодействия с технологическим объектов, на котором осуществляется сбор данных от датчиков и воздействие на технологический процесс (реализация управляющих воздействий) с помощью исполнительных механизмов и регулирующих органов.
2-й уровень (Control). Здесь замыкаются самые короткие контуры управления производством. Осуществляется непосредственное управление технологическими параметрами и производственным процессом с помощью различных УСО, ПЛК, или промышленных (индустриальных компьютеров).

3-й уровень (SCADA – сбор данных и диспетчерское управление) управление всеми ресурсами предприятия. Осуществляется диспетчеризация систем сбора данных и оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, направленные на достижение стабильности процесса. Это верхний уровень управления в системе АСУТП, на котором собираются необходимая информация от многих источников низшего уровня и который включает контуры управления и принятия решений не только на основе вычислительных средств но и оператора. Здесь предусматривается решение задач оптимизации и прогнозирования технологического процесса, использование мощных вычислительных ресурсов в экспертных и моделирующих системах реального времени.
4-й уровень (система исполнения производства). Выполняется упорядоченная обработка информации о ходе производственного процесса в различных цехах, обеспечивается управление качеством, а также подготавливается информация в реальном времени для самого верхнего уровня управления.

Информационные технологии
Под информационной технологией – понимают систему методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и передачи информации на основе применения средств вычислительной техники.
Цель технологии материального производства – выпуск продукции, удовлетворяющей потребности человека или системы.
Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Классификация информационных технологий
в зависимости от типа обрабатываемой информации

Информационные технологии сбора и обработки информации
Особенностью создания цифровой структуры промышленного предприятия является необходимость тесной интеграции автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированными системами управления предприятием (АСУП).
Автоматизированная система управления (АСУ) – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.
АСУП – предназначена для основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия в целом и (или) его самостоятельных частей на основе применения экономико-математических методов и средств вычислительной техники.

АСУТП представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.
Идеология систем управления предприятиями в настоящее время строится по принципу:
- интеграции всех систем управления, и в первую очередь АСУП и АСУТП, в единую систему;
- структурированной и модульной организации входящих в ее состав компонентов;
Функции АСУТП:
Информационные функции АСУТП – это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К ним относятся централизованный контроль и измерение

технологических параметров, вычисление параметров процесса, формирование и выдачу текущих и обобщающих технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУТП, подготовку и передачу информации в смежные системы управления.
К управляющим функциям АСУТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями и аппаратами, программное логическое управление оборудованием, оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса, адаптивное управление объектами в целом и др.
Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.

Эволюция структуры управления технологическими процессами от традиционных к структурированным АСУТП
а – традиционный вариант построения АСУТП
б – структурированный (системный) подход к построению АСУТП

Недостатки традиционного варианта построения АСУТП
- множество интерфейсов, сложность и запутанность связей между объектами;
- несовместимость форматов данных и структур сообщений;
- сложность внесения изменений, что может вызвать переработку большого объема программ.
Достоинства структурированного (системного) подхода к построению АСУТП
- нормализация данных;
- стандартные формы сообщений;
- гибкие средства интеграции приложений, включая АСУП;
- возможность эффективной модернизации системы, и облегчение внесения в нее изменений, что в совокупности гарантирует защиту ранее вложенных инвестиций и уменьшает стоимость информационной системы в целом.

Устройства связи с объектом (УСО)
Неотъемлемой частью АСУТП являются УСО, назначение которых заключается в сопряжении датчиковой аппаратуры и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вычислительными средствами системы.
УСО представляет собой комплекс в виде специализированных функциональных блоков, осуществляющий необходимый обмен между технологическим объектом и управляющей информационной системой.
Как правило, на УСО возлагаются следующие функции:
- Нормализация аналогового сигнала – приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя измерительного канала. Наиболее распространенны следующие диапазоны: 0-20 мА, 4-20 мА; от 0 до 5 В; от -5 до 5 В; от 0 до 10 В; а также сигналы датчиков с естественными выходными сигналами (термопары; термометры сопротивления; тензометрические датчики и т.п.)

- Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала – ограничение частот первичного сигнала с целью снижения влияния на результаты измеренных помех различного происхождения. На промышленных объектах наиболее распространены помехи с частотой сети переменного тока, а также хаотические импульсные помехи, вызванные влиянием на технические средства измерительного канала переходных процессов и наводок при коммутации исполнительных механизмов повышенной мощности.
- Обеспечение гальванической развязки между источником аналогового или дискретного сигнала и измерительными каналами системы. В равной степени это относится к изоляции между каналами дискретного вывода системы и управляемым силовым оборудованием. Помимо защиты входных и выходных цепей, гальваническая изоляция позволяет снизить влияние на систему помех по цепям заземления за счет полного разделения вычислительной системы и контролируемого оборудования.

Также, ряд УСО может выполнять более сложные задачи за счет наличия в их составе подсистемы аналого-цифрового преобразователя и дискретного ввода-вывода, микропроцессора и средств организации одного из интерфейсов последовательной передачи данных.
Структурная схема связи компьютера с объектом управления

С развитием цифровой технологии наметилась тенденция перехода от централизованных систем управления к распределенным системам управления. Современная идеология построения сложных АСУТП уверенно развивается в направлении применения распределенных принципов построения систем в противоположность централизованным.
Структура распределенной информационной
системы
Структура централизованной
информационной системы

Это объясняется различными причинами, наиболее важными из которых являются:
значительное сокращение общих затрат на кабельную сеть, включающих как стоимость самих подключаемых кабелей, так и стоимость монтажных работ;
стремительное удешевление вычислительной техники, позволившее применять автономные вычислители в каждом из узлов АСУТП в непосредственной близости от исполнительных устройств и датчиков.
Появление распределенных АСУТП привело к необходимости разработки специальных сетевых решений, ориентированных на эксплуатацию в промышленных условиях (Fieldbus – промышленная сеть). Основными требованиями к ним являются: высокая помехозащищенность, достаточная скорость передачи и низкая степень стоимости соединительного кабеля. Основными «игроками» в области промышленных систем являются: Profibus; CAN; Interbus; Industrial Ethernet и др.

Открытые и закрытые информационные системы
Сегодня никакой производитель не может поставлять всю номенклатуру изделий, требующихся в современных информационных системах. От специалистов требуется умение применять для построения информационных систем высокотехнологичные изделия различных компаний. Для гарантии совместимости изделий различных производителей необходимы открытые стандарты аппаратных и программных средств.
Системы, являющиеся уникальными (их делает и поддерживает только один производитель), работающие по уникальным протоколам связи, получили название «Закрытые системы» (closed systems).
«Открытые системы» (open systems) приводят специфические требования в соответствие интересам всех. Только при использовании принципов открытых систем интеграция изделий различных производителей в одну сеть может быть решена без особых проблем.

Открытость означает:
отсутствие патентов и авторских прав на спецификацию стандарта и его расширений;
отсутствие лицензионной платы за использование стандарта;
широкий доступ к сертификациям стандарта и его расширениям;
получение спецификаций в результате открытого обсуждения и конкурса между экспертами крупнейших промышленных ведущих мировых фирм-производителей и пользователей;
принадлежность прав собственности некоммерческим профессиональным национальным и международным организациям.
Таким образом, архитектура современных информационных систем технологических процессов должна удовлетворять требованиям:
- открытости; - модульности;
- стандартности; - распределенности.

Информационные технологии хранения данных
По мере распространения компьютеров и их совершенствования (главным образом, запоминающих устройств, сохраняющих информацию после отключения электропитания) возникло направление использования средств вычислительной техники, которое предполагает отсутствие большого объема вычислений и их высокой точности, однако требует большого объема хранимых данных. Кроме того, необходимо предварительно найти требуемую запись, обработать ее и определить форму вывода обработанных данных. Для этого требуются такие операции, как поиск и сортировка. Весь этот процесс характеризует не числовую обработку данных.
В этом случае информационная система – это программно аппаратный комплекс, функциями которого являются:
- надежное хранение информации в электронном виде;
- предоставление доступа к информации пользователям системы;

- выполнение функций по преобразованию информации, специфичных для данного приложения; - предоставление удобного интерфейса для конечных пользователей.
Характеристики таких информационных систем:
- имеют дело с огромными объемами информации, которые во много раз превышают объем оперативной памяти, вся информация расположена на устройствах внешней памяти;
- работают, как правило в многопользовательском режиме;
- работают как правило в реальном времени. Часто относятся к классу «mission-critical applications», т.е. приложений, нестабильность работы которых ведет к серьезным убыткам;
- развиваются, как правило, постепенно, а не сразу целиком, что повышает ответственность проектировщика и разработчика;
- обеспечивают «среднее» время ответа для всех пользователей, причем время ответа существенно не увеличивается при росте числа одновременно работающих пользователей.

Типичными примерами больших информационных систем являются:
- системы бронирования и продажи авио- и железнодорожных билетов;
- банковские системы, в том числе системы обслуживания кредитных карт;
- системы автоматизации торговли.
Сложность таких систем заключается в широкой по номенклатуре обрабатываемой информации, сложной по структуре аппаратной платформы и ПО, а также, часто, в территориальной распределенности.
Современные ИС на крупных металлургических комбинатах характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Для решения этих задач в современных ИС используются базы и банки данных.

База данных – это именованная совокупность данных, организованная по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, не зависимая то прикладных программ. Создавая базу данных пользователь стремиться упорядочить информацию по различным критериям, хранить ее и быстро извлекать по определенным признакам. Создание сопровождение и использование баз данных, а также обеспечение взаимосвязи данных с прикладными программами осуществляется посредством комплекса специальных программных средств – системы управления базами данных (СУБД). Все работы по обслуживанию СУБД осуществляет администратор базы данных. Прикладные программы (приложения), осуществляющие доступ к базе данных, могут в общем случае добавлять, выбирать, копировать, корректировать, а также удалять данные, однако при этом они не могут изменять метод (модель), при помощи которого эти данные созданы.

К основным задачам, которые решаются СУБД, относятся:
- хранение информации; - контроль и защита информации;
- просмотр и поиск нужной информации;
- выборка необходимых данных;
- ввод и редактирование информации;
- формирование отчетов.
Фрагмент информационной системы доменного производства, основанный на системе баз данных.

Модельные системы поддержки принятия решений
Модельные системы поддержки принятия решений (МСППР) появились в 70-80-е годы, чему способствовали развитие теории моделирования, математики, в особенности численных методов решения, широкое распространение персональных компьютеров, стандартных пакетов программ.
МСППР представляют собой вид компьютерных ИС, помогающих лицу, принимающему решение (ЛПР), в принятии решений при наличии плохо структурированных задач посредством прямого диалога с компьютером с использованием данных и математических моделей.
Решение хорошо структурированных задач производится компьютером и не требует участия технолога (ЛПР). Задачи, по которым ЛПР не удается выявить отдельные элементы и установить связи между ними, называются неструктурированными. В практике управления тех. процессами имеется сравнительно немного полностью структурированных или совершенно неструктурированных задач.

О большинстве же задач можно сказать, что ЛПР имеет о них неполное представление, зная лишь часть их элементов и связей между ними. Такие задачи называются плохо структурированными, и именно они чаще всего встречаются в металлургии при управлении тех. процессами, качеством продукции и т.п. Решение таких задач требует использование компьютера совместно с усилиями человека. При этом ИС могут оказывать ЛПР три вида поддержки: информационную, модельную и экспертную.
Выработка решения происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют:
- система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта;
- человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Окончание итерационного процесса происходит по воле человека.
В состав МСППР входят три главных компонента:
1. База данных. 2. База моделей. 3. Система управления интерфейсом между пользователем и компьютером.
База моделей используется для описания и оптимизации процесса. СУБМ должна обладать следующими возможностями: создавать новые модели или изменять существующие, поддерживать и обновлять параметры моделей, манипулировать моделями.

Информационная технология экспертных систем
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного интеллекта.
Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость.
Традиционные знания существуют в двух видах – коллективный опыт и личный опыт. Если большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта, то эта область не нуждается в экспертных системах.

Если в предметной области большая часть знаний является личным опытом специалистов высокого уровня – экспертов, если эти знания по каким-либо причинам слабо структурированы (например, технология задувки доменной печи), то такая предметная область, скорее всего, нуждается в экспертной системе.
Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы предназначены для моделирования или имитации поведения опытных специалистов при решении задач по какому-либо узкому вопросу. Экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил.

В экспертных системах используется принципиально новый компонент ИТ – база знаний, которая содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Знания – это выявленные закономерности предметной области (принципы, законы, связи), позволяющие решать задачи в этой области.
Интерфейс пользователя – это комплекс программ, реализующий диалог пользователя с экспертной системой, как на стадии ввода, так и получения результатов;
Интеллектуальный редактор базы знаний – программа, представляющая возможность эксперту создавать базу знаний в диалоговом режиме.