Завершен проект модернизации Системы Управления имуществом и иными активами ОАО «Газпром»
17.02.2015
Завершен проект «Модернизация Системы управления имуществом и иными активами» (М СУИМ) ОАО «Газпром», разработанный специалистами Управления ИТ-проектов ОАО «Газпром автоматизация».
Целью проекта являлось совершенствование Системы в соответствии со Стратегией информатизации ОАО «Газпром» путем развития информационно-технологической поддержки процесса управления имуществом на основе информационной платформы SAP ERP.
Заказчиком проекта выступило ООО «Газпром информ», функциональным заказчиком — Департамент по управлению имуществом и корпоративным отношениям и Департамент бухгалтерского учета ОАО «Газпром».
До ввода М СУИМ в промышленную эксплуатацию информационная поддержка бизнес-функций в рамках бизнес-процесса «Управление имуществом» обеспечивалась автономной «Системой управления имуществом и иными активами (СУИМ) ОАО «Газпром», которая не соответствовала требованиям единого информационного пространства ОАО «Газпром».
В связи с наличием исторической системы, в рамках проекта М СУИМ потребовалось не только создать новую, но и обеспечить дополнительную обработку, систематизацию и восполнение недостающей информации для миграции всего накопленного исторического массива данных.
Задачей модернизированной СУИМ являлась автоматизация бизнес-процессов: управление созданием/приобретением имущества; управление использованием имущества; управление выбытием/отчуждением имущества; управление проведением оценки имущества.
Система введена в постоянную эксплуатацию в январе 2015 года и органично включена в единое информационное и справочное пространство ОАО «Газпром». СУИМ обеспечивает единое рабочее пространство для департаментов и дочерних обществ ОАО «Газпром».
Как создавать Систему Управления Информационными Моделями (СУИМ) от обратного!
В своё время мы говорили, что любой корпоративный BIM-оператор должен будет должен иметь собственную BIM-платформу – специальное ПО для управления информационными моделями. Такую платформу можно условно назвать СУИМ – Система Управления Информационными Моделями и первое с чего стоит начать работу по её созданию – это обоснование её оптимальной архитектуры исходя из реальных проблем и задач управления объектами недвижимости. Здесь и появился целый ряд вопросов к самому процессу создания и планирования СУИМ. Если с архитектурой, то есть типовым комплектом соизмеряемых элементов и устойчивым набором процессов как-то разобрались, то каким образом формировать Техническое Задание на инжиниринг СУИМ (ТЗ) — стало распространенной проблемой.
Подготовка подобного ТЗ в классическом подходе представляет собой перечисление набора требований, чаще всего, в текстовом формате, которым должна удовлетворять система, в нашем случае — СУИМ, результатом которого становятся многочисленные встречи и смарт-сессии Заказчиков и Исполнителей, чтобы транслировать эти требования в общее понимание. И даже после такого большого потока коммуникаций, финальный результат получается далёким от пожеланий Заказчика, поскольку текстовый документ каждый понимает по своему. Поэтому на первом этапе создания ТЗ на проектирование СУИМ лучшим решением является альбом страниц будущей BIM-платформы с описанием результатов, которые должна выдавать именно эта конкретная страница. И второй момент — желательно планировать эти страницы исходя из представления, что сама платформа уже существует и вы работаете с ней посредством законченного интерфейса. Это и называется «Инжиниринг СУИМ от обратного«, о котором мы упомянули в названии статьи.
Самым простым решением в таком случае является создание Альбома эскизов и макетов страниц СУИМ, развивающейся в процессе и в порядке её эксплуатации (Вполне вероятно, что такой альбом можно создавать сразу с учетом работы с интерактивным сенсорным экраном, типа SmartBoard или TouchScreen). Пример процедуры создания такого Борд-альбома для будущей системы управления ИМ приведен ниже. СУИМ-альбом желательно будет прорисовать, пусть в упрощенном виде, но лучше в PP, поскольку придется неоднократно править. Описание страниц интерфейса СУИМ по-порядку:
1. Страница-1 – Интерфейс входа. Представляет собой специальную ИКОНКУ с логотипом владельца СУИМ (например, Росатом или Ростех) и надписью снизу – СУИМ.
2. Страница-2 – Лобби-страница или Прихожая. Страница, на которой размещается общее название сервиса: «Название BIM-оператора. Система управления информационными моделями недвижимых активов». Оператор системы – ООО «BIM-центр (Оператор, Банк и т.п.) такой-то компании или ГК», например, дочернее предприятие ГК «Росатом» г. Москва. Далее идет входной планшетное меню в виде матрицы кнопок-иконок (как вариант) на 10 (например, 2 ряда по 5 кнопок) сервисов, которые активируются путем нажатия на них. Меню во всю страницу, остается место для требования бренд-бука и реквизитов внизу. Крупные кнопки меню сервисов (картинка + подпись) включают (пример для одной из Госкорпораций):
2.1 Реестр Информационных Моделей (Далее — ИМ) Энергетических активов — ЭА (ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, ГЭС и иных генерирующих активов). При нажатии на кнопку должно появиться подменю по видам ЭА: Эксплуатируемые, Строящиеся, Зарубежные, Проекты-Аналоги.
2.2 Реестр ИМ Промышленных активов — ПА. При нажатии на кнопку должно появиться подменю: Эксплуатируемые, Строящиеся, Зарубежные, Проекты-Аналоги.
2.3 Реестр ИМ Инфраструктурных (линейных) активов — ИА. При нажатии на кнопку появляется подменю: Трубопроводные, ЛЭП, Транспортные, Дорожные, Альтернативные (Канатные, Метро) и прочие инфраструктурные активы.
2.4 Реестр ИМ Специальных (в т.ч. Закрытых) активов — СА. При нажатии на кнопку появляется подменю: Военные объекты, Объекты государственной безопасности, объекты резервного хранения, объекты федеральной службы охраны и т.п. и т.д. Разумеется, такие базы данных могут храниться на закрытых от внешних сетей локальных серверах в системе многократного дублирования и распределения данных между хранилищами с кодифицированным доступом.
2.5 Справочная. Кнопка для входа в базу знаний по BIM и информационному моделированию. Классификация ИМ и азы BIM-технологий.
2.6 Стандарты информационного моделирования. Корпоративные и государственные стандарты ИМ со ссылками и переходами в юридические сервисы.
2.7 Как работать с СУИМ? Инструкция по работе с системой управления информационными моделями. Обучающие видеоролики и демоверсии. Как создавать производные документы из СУИМ.
2.8 Реестр верифицированного ПО для использования в ИМ. Документы для верификации ПО новых вендоров, каталоги баз данных, каталоги оборудования и материалов для Владельца BIM-центра, каталоги кодов и библиотеки информации.
2.9 BIM-центр собственно компании или корпорации владельца. Структура взаимодействия компаний корпоративной группы или холдинга в процессе создания, изменения, актуализации и использования ИМ на всех этапах ЖЦ.
2.10 Услуги BIM-центра по работе с ИМ, как самого корпоративного центра, так и услуги для сторонних владельцев ИМ. Ценовая политика и каталог услуг.
3. Страница-3.1 – Реестр ИМ ЭА- Эксплуатируемые. Эта страница появляется при нажатии на строчку подменю, например, на странице — Энергоактивы. аналогично срабатывают и все прочие страницы типа (2.1-2.4). Появляется интерактивная карта России с точками дислокации работающих Энергообъектов, рядом лента с реестром ГЭС по алфавиту, при этом при наведении на Энергообъект на карте, она сразу показывает строчку в списке и наоборот. При нажатии на ИМ выбранной станции появляется подменю по типам станций: АЭС, ГРЭС, ТЭЦ, ГЭС и вплоть до ГеоИМ. Здесь, ИМ ЭА – это ИМ самой электростанции, например для ГЭС — с плотиной, инфраструктурой (водозаборами, бьефами, проранами и т.п.), ГеоИМ – это интерактивная ИМ водного окружения ГЭС (реки, водохранилища и каналы) с подгрузкой данных из внешних источников.
4. Страница-3.2 – Реестр ИМ ЭА – Строящиеся или Новые. Появляется интерактивная карта России с точками дислокации строящихся или проектируемых энергоактивов, рядом лента с реестром электростанций по алфавиту, при этом при наведении на конкретную станцию на карте, она сразу показывает строчку в списке и наоборот. Сюда же входит реестр планируемых для строительства энергоактивов по предварительным названиям. При нажатии на ИМ выбранной новой ТЭЦ или АЭС появляется подменю: ИМ самой станции и ГеоИМ, так же как и в эксплуатируемых. Отличие в статусе ИМ: на стадии ОБИН и ТЭО – Инвестиционная ИМ. На стадии проектирования – Проектируемая ИМ. На стадии строительства – Исполнительная ИМ. В зависимости от статуса определяется внешний вид 3D-макета ИМ: Инвестиционная модель – ИМ соразмерного аналога. На проектной ИМ – Архитектурный макет с пространственной визуализацией. На стадии строительства – Рабочий макет-контейнер с интерактивным использованием на основании утверждённого проекта. Для реестра потенциальных створов – только ГеоИМ.
5. Страница-3.3 – Реестр зарубежных активов или объектов-аналогов. Появляется интерактивная карта мира и России с точками дислокации построенных, строящихся или проектируемых ГРЭС, ТЭЦ, ГеоТЭС, ВЭС и т.п., по которым нет точных ИМ, но есть полезные данные для использования в разработке новых проектов. Рядом лента с реестром этих активов по алфавиту, при этом при наведении на объект на карте, она сразу показывает строчку в списке и наоборот. Сюда же входят ИМ всех объектов непроизводственного или вспомогательного назначения, представляющие собой технологическую ценность.
6. Страницы 3.4-т.д. – Сервисные страницы. Наполняются и получают архитектуру по мере сбора информации и оценки степени информационного насыщения с последующей корректировкой. Имеет матричную перекрестную связь и сервис по формированию сводных и производных документов и отчетов. Условие одно: с каждый из основных страниц 3.1-3.3 должен быть переход на все сервисные страницы через отдельную строку-меню внизу страницы.
7. Страница 4.1 – ИМ конкретной электростанции, как эксплуатируемой, так и строящейся. При переходе с подменю на стр. 3.1-3.3 можно попасть в кабинет ИМ конкретного объекта. Это ГЛАВНАЯ страница ИМ. При нажатии на меню ИМ запускается трёхмерный виртуальный интерактивный (3D-VIM) макет Электростанции с основаниями и фундаментами. Отсюда первое ТЗ на ПО-платформу по трансферу проектного 3D-конструктива в 3D-VIM. Желательно, чтобы платформенное решение по переносу 3D-проекта из CAD-сборки в нередактируемый формат 3D-VIM принадлежало владельцу самой СУИМ! 3D-VIM представляет собой интерактивную визуализацию станции, одновременно реализующую функции интерфейса по обмену данными. Макет можно вращать во все стороны на 360 градусов, как мануально, так и с помощью виртуального джойстика на мониторе. Либо при помощи 3D-мыши. Его можно расширять и уменьшать до самого мелкого компонента. Если компонент стандартный и содержится в каталоге типовых решений, то он может быть представлен на уровне LOD-1 со ссылкой в каталог, где есть вся информация о нём. Макет может разрезаться плоскостью в любом пространственном положении простым рисованием отрезка или проведением пальцем по экрану. При этом на экране всегда остается левая половина отреза, а правая исчезает. В командной строке разрез можно делать по названию оси, по оборудованию (оно всегда остается на рисунке), по этажам, по уровням, по секторам и т.п. разрез можно вывести на печать, можно сохранить как рисунок и отправить адресату для обсуждения проблемы. При наведении стрелки курсора на элементы 3D-VIM активные элементы (имеющие информацию внутри) подсвечиваются по видам конструктива. Например, бетон – серым, металлоконструкции – черным, инженерные сети – желтым, электрика – красным, оборудование коричневым и т.д. При наведение на подсвечивающийся элемент можно нажать меню и увидеть его наполнение: код и реквизиты элемента, предпроектная и проектная документация, рабочая документация, исполнительная документация, протоколы решений и приказы, договора и поставщики. Фото и видео-потоки, графики ремонтов, электронные паспорта, перечень ответственных. Обученных и допущенных, инструкции по безопасности и т.п. и т.п. Всё, что нужно и можно знать об этом элементе. Справа и слева от 3D-VIM располагаются текстовые меню-реестры, которые дублируются и в самом макете. Например, справа меню-реестр элементов. Которые подсвечиваются при наведении в макете и наоборот. Снизу активные меню по производству желаемых документов и действий. В действия входят: создать ведомости оборудования по слоям, по типам, по видам, например, вся электрика. Создать таймлайн документов и событий по элементу, все изменения, произошедшие с ним на ЖЦ. Вывести пакет документации в отдельный каталог по элементу, начиная от проектных переговоров и заканчивая последним документом о ремонте. Убрать всё лишнее из модели и оставить только один элемент: только фундаменты, только конструктив, только оборудование, только сети, только кондиционирование или вентиляцию, только противопожарные системы, только множество точек, результаты сканирования и т.п. Также можно вывести перечень оборудования с их QR-кодами. Распечатать QR-коды для размещения на наклейках и, при необходимости, собрать их в электронный QR-кошелек. Все остальные функции и возможности будут описаны в полном ТЗ.
8. Страница 5.1 – ИМ элемента 3D-VIM. При нажатии на строку меню – проектная документация появляется подменю: В нативном формате, в формате IFC, в нередактируемом формате. В нативном формате документация открывается только при наличии нужного ПО. Система может или запросить установку такого ПО, или его использование на удаленном сервере BIM-центра, или сообщить, что такого ПО уже нет и предложить открыть в формате IFC в другой имеющейся программе. Можно запросить выдать все чертежи данного элемента в т.ч. связанные с ним в нередактируемых форматах в один каталог (в т.ч. сметы). Система всегда выдает последнюю верифицированную и утвержденную версию проектной документации, но по желанию может вывести все версии в один каталог с датами их фиксации и реестром отличий. Система должна выдавать в отдельный каталог все последние версии документации по данному элементу для работы с ним отдельно. Для открытия нативных файлов будет зафиксирован набор верифицированного ПО и это будет второе ТЗ на согласованное ПО. Если у Электростанции есть другие титульные конструктивы, то они выводятся в подмодельный ряд, показываются на главной ИМ как элемент и после наведения курсора мыши переходит в ИМ этого титульного объекта. Кроме того, в Им должна быть ссылка на меню Безопасности: это видеопрогулка по Информационной модели с указанием всех инструментов пожарной безопасности СИЗ, маршрутов и путей эвакуации. Учебный тренажер по проверке знания действия при ЧС.
9. Страница 4.2 – ГеоИМ окружения объекта (например, водохранилища для ГЭС). Информационная модель окружения объекта может быть представлена в специализированном ГИС-ПО, но должна показывать как текущее состояние водного бассейна, состояние лесного потенциала, место Электростанции в нём и его влияние на экологию и подземные стоки, прилегающие реки, дороги, населенные пункты. Желательно, чтобы в модели были элементы цифрового двойника (ЦД – DT – Digital Twin) для анализа и моделирования режимов наполнения водоёмов и грунтовых вод в зависимости от осадков, времени года, чрезвычайных событий. ЦД – это такая Им или её часть, позволяющая моделировать и изучать изменения цифрового объекта на всех этапах ЖЦ в зависимости от заданных условий эксплуатации или внешних факторов воздействия. ТЗ на ПО-платформу для ГеоИМ– третья важнейшая задача.
10. Каждый элемент с присвоенным QR-кодом должен иметь возможность входа в ИМ конкретного объекта по QR-коду из QR-кошелька. Например, специалист по АСУТП, по КИПиА может собрать в свой QR-кошелек все коды, интересующих его элементов и оборудования. Соответствующие бирки должны быть на этих элементах, на дверях шкафов и на видимых панелях. Подходя к элементу оборудования с QR-доступом к ИМ, слесарь или техник может легко навести соответствующий QR-reader на код и сразу выйти в нужную ИМ и точно к данному элементу. Но если он хочет вывести этот элемент на большой экран для коллективного обсуждения, например в зале переговоров, то ему достаточно скопировать свой QR-код из кошелька в виртуальный сканер и программа сама найдет данный элемент в ИМ для выведения его на экран. Дальнейшие манипуляции должны быть так, как будто он сидит перед монитором с ИМ. Кроме того, желательно, чтобы при создании документов всегда в углу стоял QR-код ИМ данной ГЭС, или её системы, элемента, с тем, чтобы сразу увидеть где и когда этот документ возник и кто оставил его в системе. Например, протокол решения по замене агрегата с QR-кодом приводит к ИМ агрегата и его положению на станции с возможностью последующего изучения.
Разумеется, данная раскладка дана только для примера – методический подход к инжинирингу 3D-интерфейсов BIM-платформ, откуда может выйти и техзадание для IT-сервиса, и собственно стандарты по использованию, созданию и обработке ИМ. Дальше просто можно самым простым образом прорисовать эти дашборды на РРТ, как-будто мы проваливаемся по экрану вглубь СУИМ. Сделать схему движения по сайту СУИМ.
2.3.2. Стадии проектирования суим
В основе проектирования СУИМ лежит системный подход. При системной разработке идут, как правило, от общего к частному (нисходящее проектирование).
Основные положения системного подхода можно свести к следующим рекомендациям:
Четкое формулирование цели и задач при проектировании СУИМ, назначения СУИМ в общей структуре управления технологическим процессом.
В структуре управления выделяются подсистемы, отдельные элементы и устанавливаются связи между ними. Подсистемы выделяются по однородности физической природы технологического процесса (подсистемы регулирования температуры, давления, расхода, скорости, положения рабочего органа и т.п.). Элементы системы – отдельные механизмы, электроприводы, силовые преобразователи энергии и др. Определяются контролируемые координаты (переменные), возможные возмущающие, задающие и управляющие воздействия. При этом объект управления может рассматриваться как “черный ящик” во взаимодействии с окружающей средой.
Применение иерархического принципа управления, при котором уставка верхнего уровня обязательна для исполнения нижними уровнями и не подлежит коррекции с их стороны.
Максимальное использование типовых (инвариантных) компонентов СУИМ (комплектных электроприводов, микропроцессорных контролеров, датчиков с унифицированными выходными сигналами и т.п.). Индивидуальная разработка допускается лишь для уникальных СУИМ.
Комплексное проектирование СУИМ, при котором осуществляется увязка, формирование всех ее компонентов (технической, программной, информационной и др.) в интересах поставленной цели управления.
Разработка СУИМ выполняется на основе стандартов, норм и правил, где указываются основные положения, правила организации работ по созданию, функционированию и развитию этих систем.
При разработке СУИМ проектировщик должен руководствоваться:
ГОСТ, ОСТ – государственными и отраслевыми стандартами;
СП – стандартами предприятий;
СНиП – строительными нормами и правилами;
ПУЭ – правилами устройств электроустановок;
ПТЭЭП – правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей;
МПОТ – межотраслевыми правилами охраны труда;
ПРАВИЛАМИ пожарной безопасности и другими нормативными документами.
Основное требование: обязателен иерархический принцип (все нижние по ветви нормативные документы не должны противоречить вышестоящим документам).
После формулирования технического задания конструкторская документация в общем случае разрабатывается на нескольких стадиях: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Стадии проектирования СУИМ
Формулирование технического задания.
Техническое задание (ТЗ) разрабатывают на основе исходных требований заказчика, изложенных в заявке, а также на основе результатов выполненных научно-исследовательских и экспериментальных работ, научного прогнозирования, изучения патентной документации на компоненты и системы автоматизации. При разработке ТЗ на продукцию, предназначенную для экспорта, необходим учет требований и условий внешнего рынка.
ТЗ должно содержать необходимые и достаточные требования для разработки продукции и не ограничивать инициативу разработчика при поиске и выборе им оптимального решения поставленной задачи.
ТЗ является исходным документом для разработки продукции и технической документации на нее. Оно должно состоять из следующих разделов: наименование и область применения (использования), основание для разработки, цели и назначение для разработки, источники разработки, технические требования, экономические показатели, стадии и этапы разработки, порядок контроля и приемки, приложения.
При разработке ТЗ выделяется ряд этапов:
1. Обследование технологического объекта управления (объекта управления), изучение и определение необходимого объема научно-исследовательских работ (НИР) и плана-графика проведения этих исследований.
2. Этап выполнения предпроектных НИР. Они включают анализ объекта управления и анализ информационных потоков: на этой основе формулируются критерии управления и ограничения. На этапе предпроектных НИР разрабатываются также предварительные математические модели технологического процесса, осуществляется идентификация моделей по экспериментальным данным, предварительно выбираются методы синтеза алгоритмов функционирования и управления.
ТЗ оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским документам.
В разделе «Технические требования» указывают требования и нормы, определяющие показатели качества и эксплуатационные характеристики продукции с учетом стандартов, правил и норм, а также современного технического уровня. Требования к продукции должны задаваться в ТЗ с учетом действующих государственных стандартов, а также рекомендаций международных организаций (ИСО, МЭК и т. п.).
На основе ТЗ составляется Договор на выполнение НИР и ОКР (опытно-конструкторские работы). Приложением к Договору являются соглашение о договорной цене и калькуляция затрат.
Стадия технического предложения.
Здесь инициатором является Разработчик. Это стадия собственно разработки технического задания, которая включает в себя: формирование полного перечня функциональных задач, решаемых системой; разработку технико-экономического обоснования ее создания; составление плана-графика работ по монтажу, наладке и пуску; виды и объемы НИР на стадиях проектирования, внедрения системы и в процессе ее функционирования.
Техническое предложение — это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого изделия и патентные исследования.
Таким образом, в техническом предложении формулируются варианты решения задач оптимизации и указываются ориентировочные цены. Техническое предложение содержит следующие документы: чертеж общего вида, схемы, таблицы, расчеты и др. Обязательными для технического предложения являются пояснительная записка и ведомость технического предложения.
Стадия эскизной разработки.
Она содержит: предварительные разработки функциональной структуры системы, синтез основных алгоритмов контроля и управления и их экспериментальную проверку. На этом этапе выбираются технические средства СУИМ и дается обоснование выбора, осуществляется сравнительный анализ разрабатываемой системы и ее известных аналогов.
Эскизный проект составляется для 1–2 вариантов, предусмотренных на предыдущих этапах.
Эскизный проект – это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. В эскизный проект обязательно включается пояснительная записка, ведомость эскизного проекта. Кроме того, могут быть включены чертеж общего вида, теоретический и габаритный чертежи, схемы и другие документы.
Стадия технического проектирования.
Она состоит из следующих этапов:
1. Системотехнический синтез системы. Он включает разработку функциональной структуры системы, постановку всех решаемых задач; в нем формулируются технические требования к подсистемам контроля и регулирования; разрабатывается информационная и организационная структура системы.
2. Аппаратурно-технический синтез. На этом этапе разрабатываются системы локальной автоматики, состав и компоновка информационно-управляющего комплекса.
3. Разработка заданий на модернизацию технологического объекта управления и строительно-монтажные работы.
4. Составление сметы и ведомостей средств технического обеспечения. Расчет ожидаемой технико-экономической эффективности системы и ее сравнительный анализ с известными аналогами.
5. Заключительным этапом стадии технического проекта является техническое проектирование специального информационного и математического обеспечения. На этом этапе разрабатываются полные наборы алгоритмов контроля и управления, общий алгоритм функционирования системы в реальном времени и осуществляется их проверка на объекте или модели. Осуществляется разработка схем сбора и обработки информации.
Технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. В технический проект обязательно включаются чертеж общего вида, пояснительная записка, ведомость технического проекта. Могут быть также включены чертежи деталей, теоретические и габаритные чертежи, схемы и т.д.
Стадия разработки рабочей конструкторской документации.
Рабочая конструкторская документация — это совокупность конструкторских документов, которые предназначены для изготовления и испытания опытного образца изделия, изготовления и испытания установочной серии.
Стадия разработки рабочей конструкторской документации осуществляется на основании материалов технического проекта и состоит из нескольких этапов:
Этап разработки рабочей документации технического обеспечения системы – основной этап.
Составление заказных спецификаций; подготовка инструкции по эксплуатации, технического описания и регламента работы системы с учетом действия оперативного персонала в предаварийных и аварийных режимах.
Разработка рабочей документации на программное и информационное обеспечение системы (этот этап может идти параллельно с предыдущими). Сюда входят: программирование алгоритмов специального математического обеспечения, описание и инструкции по пользованию этими программами, перечень всех программ, входящих в математическое обеспечение, уточнение схем сбора, обработки и выдачи информации и разработка полной документации по организации нормативно-справочной информации.
Рабочая документация на деталь (элемент СУИМ) обязательно содержит чертеж детали, а также могут быть чертежи теоретический, габаритный, упаковочный, технические условия и другие документы.
Рабочая документация на сборочную единицу (блок, подсистему СУИМ) обязательно содержит спецификацию и сборочный чертеж, а также другие чертежи, схемы и текстовые документы.
В комплект конструкторской документации на стадиях проектной разработки (техническое предложение, эскизный и технический проект) входит ведомость проекта, которая является обязательным документом.
В ведомость записывают все конструкторские документы, вновь разработанные для данного комплекта и примененные из других проектов и рабочей документации на ранее разработанные изделия.
Ведомость проекта представляет собой таблицу, составленную по специальной форме. Запись документов производят по разделам в следующей последовательности: документация общая, документация по сборочным единицам. Каждый раздел документации должен состоять из подразделов: вновь разработанная документация, примененная документация.
Документы технического предложения, эскизного и технического проектов комплектуют в папки, книги или альбомы.
Состав, последовательность, сроки реализации стадий и этапов работ по созданию СУИМ устанавливаются в ТЗ.
И параметры СУИМ. Функциональные элементы СУИМ
Функциональная схема (функциональная структура) СУИМ, как и любой системы управления, отражает признаки ее функционально-структурной организации и определяет взаимосвязь, соподчиненность ее функциональных элементов.
В структуре СУИМ выделяют два основных структурных модуля: объект управления и устройство управления (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Обобщенная функциональная схема системы управления
Объект управления (ОУ) представляет собой какой-либо технологический процесс или промышленную установку. Рабочие органы исполнительных механизмов ОУ приводятся в движение электроприводами, пневмоприводами или гидроприводами.
В качестве устройств оценивания состояния ОУ и возмущения внешней среды могут выступать устройства непосредственного измерения координат ОУ и внешней среды (датчики координат), либо устройства косвенного измерения, вычисления значений координат (наблюдающие устройства).
Устройство управления (УУ) представляет собой совокупность регуляторов, фильтров, корректирующих устройств, преобразователей координат, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики СУИМ.
Ниже рассмотрена обобщенная функциональная структура простейшей одноуровневой локальной электромеханической СУИМ (СУЭП).
Необходимо отметить, что электромеханические САУ, обладая массой преимуществ в сравнении с гидромеханическими и пневмомеханическими системами, нашли наибольшее применение в современных системах автоматизации. Более того, свыше 60% потребляемой промышленными предприятиями электроэнергии приходится на силовые электромеханические приводы (электроприводы) производственных установок. Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической СУИМ приведена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Обобщенная функциональная схема
локальной электромеханической системы управления
На схеме используются следующие обозначения:
УЗ – устройство задания. Формирует задающее воздействие X Зизменения выходной координаты ОУ.
УР – устройство регулирования или собственно устройство управления, состоящее из регуляторов, корректирующих звеньев, фильтров, преобразователей координат и т.п. Формирует управляющие воздействия U У, обеспечивая оптимальные динамические и статические характеристики системы в соответствие с заданным критерием качества управления.
СПЭ – силовые преобразователи энергии (электромашинные, тиристорные, транзисторные и т.п.). Преобразуют электрическую энергию питающей сети в электромагнитную энергию управления электродвигателем, формируя вектор выходных сигналов E п (для ДПТ — регулируемые напряжения цепей якоря и возбуждения, для АД с короткозамкнутым ротором – регулируемые напряжения или токи и частота питающей сети статора, для СД – регулируемые напряжение и частота питающей сети статора и ток возбуждения).
ЭД – электродвигатель постоянного или переменного тока. Обеспечивает преобразование подводимой электрической энергии в механическую энергию. X – вектор координат состояния (вектор переменных) электродвигателя (напряжения, токи, электромагнитные моменты, частота напряжения обмоток статора, скорость вращения или угловое положение вала и др.);
ПМ – передаточный механизм (редуктор, ременная, цепная передача и др.). Передает энергию вращения электродвигателя в энергию вращения или поступательного движения рабочего органа (РО) исполнительного механизма (ИМ). X¢ — выходная координата передаточного механизма электромеханической СУИМ (линейная или угловая скорость или линейное или угловое положение ИМ).
Исполнительным механизмом ОУ может быть механизм суппорта токарного станка, шток или штурвал привода задвижки нефте- или газопровода, схват робота-манипулятора и др. В этом случае суппорт станка, задвижка, центробежный насос представляют собой рабочие органы (РО) ОУ.
Y — выходная технологическая координата ОУ (давление газа или жидкости в магистрали, расход газа или жидкости, натяжение нити или полотна, уровень нефти в резервуаре и др.). В чисто электромеханических системах управления (ЭМСУ) выходной координатой являются скорость или положение РО (ЭМСУ металлорежущих станков, промышленных роботов-манипуляторов, электрического транспорта и др.).
УИс – устройство измерения координат состояния СУИМ, представляющее собой совокупность датчиков внутренних координат состояния ОУ (измеряют напряжения, токи, частоту силового питающего напряжения, скорость вращения вала двигателя и ИМ и др.), а также датчика выходной переменной ОУ. Формирует вектор X с сигналов обратных связей по состоянию ОУ.
УИв – устройство измерения контролируемых возмущающих воздействий СУИМ (датчики координат возмущения ОУ). Формирует вектор X в сигналов компенсирующих связей по возмущению системы управления.
Все возмущения, действующие на СУИМ, подразделяются на 3 вида:
— аддитивные – приходят из внешней по отношению к ОУ среды, суммируясь с полезными сигналами (координатами ОУ); к ним относятся отклонения напряжения и частоты питающей среды от номинальных значений, изменения климатических факторов, изменения нагрузки на валу ЭИМ и т.п. (см. вектор возмущения F на рис. 2.1, 2.2);
— мультипликативные – возникают внутри или вне системы, умножаясь на координаты ОУ (обусловлены естественными или искусственными перекрестными связями ОУ и внешней среды);
— параметрические – обусловлены временным или температурным дрейфом параметров ОУ; например, изменением величин активных сопротивлений обмоток двигателя при их нагреве, изменением приведенного к валу двигателя момента инерции ЭП при изменении параметров кинематической схемы привода (изменением массогабаритных параметров ИО, например, при обработке заготовки в токарном станке, изменении груза лифта или транспортного механизма).
При синтезе СУИМ, как правило, пренебрегают влиянием внешних возмущений, а при анализе учитывают лишь существенные возмущения, действующие на ОУ. Оценка влияния вариаций параметров объекта управления на показатели качества управления – предмет анализа так называемой чувствительности СУИМ к параметрическим возмущениям.
Основные функциональные элементы СУИМ (элементную базу) можно разбить на несколько групп:
1) задающие элементы, позволяющие установить заданное значение выходной переменной ОУ (источники эталонного напряжения или тока, потенциометры, сельсины и др.); они могут содержать блоки памяти (от уставок реле и напряжений до устройств хранения программ и данных, записанных на магнитных и электронных носителях информации); задающие воздействия на рис. 2.2 обозначены переменной Xз;
2) чувствительные элементы, обеспечивающие непосредственное измерение переменных ОУ (датчики координат состояния ОУ);
3) усилительные элементы, служащие для усиления сигналов чувствительных элементов (транзисторные усилители, масштабирующие операционные усилители и др.); выходные сигналы усилительных элементов на рис. 2.2 обозначены переменной Xс;
4) исполнительные элементы, предназначенные для приведения в движение рабочих органов исполнительных механизмов ОУ (электрические двигатели постоянного или переменного тока, пневмоприводы, гидроприводы, электромагнитные приводы);
5) преобразовательные элементы, обеспечивающие преобразование входного сигнала (энергии) одного вида или уровня в другой; различают силовые преобразовательные элементы (электромашинные и полупроводниковые преобразователи постоянного тока для питания обмоток якоря и возбуждения двигателя постоянного тока, частотные преобразователи для питания статора асинхронного или синхронного двигателя, тиристорные возбудители для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя) и преобразователи сигналов информационных каналов СУИМ (преобразователи частота-напряжение, частота-код, напряжение-ток и др.);
6) корректирующие элементы, обеспечивающие изменение статических и динамических свойств СУИМ (фильтрующие элементы, дифференцирующие и интегрирующие звенья в прямом или обратном канале регулирования, параметрические регуляторы).
7) блоки связи микропроцессорных средств управления (МСУ) с объектом управления (модули ввода/вывода информации) и иными периферийными устройствами, в частности сетевые аппаратные средства.