«УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе _Н.П. Коновалов 20 _ г. ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (рабочая учебная программа дисциплины) Информационные технологии в металлургическом производстве Направление подготовки ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химико- металлургический факультет

Кафедра автоматизации производственных процессов

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_Н.П. Коновалов ""20 _ г.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

(рабочая учебная программа дисциплины) Информационные технологии в металлургическом производстве Направление подготовки 150400 «Металлургия»

Магистерская программа Совершенствование и оптимизация технологических процессов производства цветных металлов Квалификация (степень) магистр Форма обучения очная Составитель программы Ершов Владимир Александрович, к.т.н., доцент кафедры автоматизации производственных процессов ИрГТУ 1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящихся к виду деятельности выпускника:

общепрофессиональная;

научно-исследовательская;

проектная.

1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС задачи профессиональной деятельности выпускника:

общепрофессиональная:

организация рабочих мест, их техническое оснащение, размещение технологического оборудования;

научно-исследовательская деятельность:

проведение измерений и наблюдений, составление описания проводимых исследований, подготовка данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций;

проектная:

сбор информации для технико-экономического обоснования и участие в разработке проектов новых и реконструкции действующих цехов, промышленных агрегатов и оборудования.

1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:

общекультурные:

использовать базы данных, пакеты прикладных программ и средства компьютерной графики для решения профессиональных задач (ОК-7).

профессиональные:

общепрофессиональными:

уметь применять инновационные методы решения инженерных задач (ПК-1).

научно-исследовательская:

уметь на основе системного подхода строить модели для описания и прогнозирования явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ с оценкой пределов применимости полученных результатов (ПК-22);

уметь планировать и проводить аналитические, имитационные и экспериментальные исследования; критически оценивать данные и делать выводы (ПКпроектная:

уметь применять методологию проектирования (ПК-27);

уметь использовать автоматизированные системы проектирования (ПК-28);

уметь разрабатывать технические задания на проектирование нестандартного оборудования, технологической оснастки, средств автоматизации процессов (ПК-29).

1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС После освоения программы настоящей дисциплины студент должен:

знать:

• методы автоматизированного сбора, передачи, обработки и накопления информации о параметрах технологических процессов;

• технические средства автоматического контроля, промышленные контроллеры и управляющие ЭВМ;

• базы данных (БД), системы управления БД (СУБД);

• пакеты стандартных и прикладных программ;

• автоматизированные технологические комплексы в металлургии;

уметь:

• использовать общее и специальное программное обеспечение персональных компьютеров для выполнения различных инженерных и экономических расчетов, анализа производственной деятельности предприятия, прогнозирования дальнейшего развития производства в направлении повышения производительности и снижения себестоимости продукции;

• формировать структуру, отчеты с помощью баз данных;

• осуществлять переход к безбумажной технологии на основе компьютерных систем и соответствующего программного обеспечения.

владеть:

• основными методами работы с прикладными программными средствами и сетевыми ресурсами.

2. Цели и задачи освоения программы дисциплины Цель изучения дисциплины – приобретение знаний по основным положениям информационных технологий, их структуре, составу, этапам проектирования и применению при управлении технологическими процессами в металлургии.

Основными задачами изучения дисциплины являются: овладение приемами использования общего и специального программного обеспечения персональных компьютеров для выполнения различных инженерных и экономических расчетов, анализа производственной деятельности литейного предприятия, прогнозирования дальнейшего развития производства в направлении повышения производительности и снижения себестоимости продукции.

Место дисциплины в структуре ООП Для изучения дисциплины необходимо освоение содержания дисциплин: информатика, математика, программирование и основы алгоритмизации.

Знания и умения, приобретаемые студентами после изучения дисциплины, будут использоваться в научно-исследовательской и проектной деятельности.

Основная структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины: 72 часа, 2 ЗЕТ.

совое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итогово- зачет зачет го контроля по дисциплине), в том числе курсовое проектирование 5. Содержание дисциплины 5.1. Перечень основных разделов и тем дисциплины Тема 1. Методология создания и развития информационных технологий Тема 2. Информационные технологии электронной САПР Тема 3. Информационные технологии класса предприятия (корпоративные информационные системы) Тема 4. SCADA-системы Тема 5. Программные продукты для лабораторных расчетов 5.2. Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины Тема 1. Методология создания и развития информационных технологий Методология создания и развития ИТ определяет круг широко используемых методов и методик выполнения необходимых действий, а также инструментальных средств поддержки. Важными компонентами методологии с позиции CALS-систем являются технологии анализа и реинжиниринга бизнеспроцессов. Они представляют собой инструменты для решения задач реформирования и усовершенствования бизнес-процессов на основе методов системного анализа, создания новых и интеграции существующих информационных технологий для всех этапов жизненного цикла продукта.

Сущность анализа процессов заключается в изучении их характеристик и составных частей, анализу прежде всего подлежат число и характер взаимосвязей между составными частями процессов, затраты (материальные, временные, информационные) и их распределение внутри бизнес-процессов, потенциал используемых ресурсов (персонала, оборудования, инфраструктуры), фактическая загрузка используемых ресурсов.

В соответствии с данной методологией работы по совершенствованию процессов и создания ИТ выполняются в следующей последовательности.

1 Идентификация объема исследований. Изучение любого предприятия производится с позиции системного анализа и начинается с выявления глобальной (общей) цели, которая определяется ее назначением (миссией).

Назначение системы определяет ее основную функцию. Например, для промышленного предприятия это производство продукции определенной номенклатуры, для вуза - выпуск специалистов установленного профиля.

На данном этапе определяются потребности бизнеса, исследуются задачи, стоящие перед организацией, рассматриваются целесообразность оптимизации внутренних процессов, вопросы создания виртуального предприятия.

Деятельность предприятия отображается движением материальных и информационных потоков.

2 Построение моделей деятельности предприятия. Для моделирования бизнес-процессов обычно строится функциональная модель "как есть" (as-is), которая характеризует положение дел на момент обследования.

3 Анализ действующих процессов, в том числе выявление "узких мест", формирование множества вариантов (предположений) по улучшению бизнеспроцессов. Для этого определяются и оцениваются значения показателей, которые характеризуют эффективность работ предприятия, в том числе себестоимость продукции, выполнение договорных обязательств и др.

4 Построение функциональной модели "как должно быть" (to-be), которая отражает перспективные предложения консультантов, системных аналитиков, руководства и сотрудников предприятия по совершенствованию его деятельности.

5 Определение состава необходимых реформ и принятие соответствующих решений. Наиболее часто реформирование предполагает оптимизацию бизнес-процессов и автоматизацию трудоемких операций. Для этого производится структуризация системы, т.е. локализация ее границ и выделение составных частей, например, по штатному расписанию. Следует заметить, что в системном анализе выделяют два основных аспекта сложности системы структурную и динамическую. Структурная сложность предполагает многообразие компонентов, их вертикальную и горизонтальную связанность, взаимодействие между различными компонентами системы. Динамическая сложность характеризует траекторию изменяющейся системы или развивающегося процесса.

6 Планирование проведения реформ. При этом для промышленных предприятий особое внимание уделяется сокращению времени от момента поступления заказа на продукт до момента его изготовления (lead time) и повышению качества продукта.

7 Реализация намеченных планов, в том числе своевременное внедрение и документирование проводимых работ.

На начальных этапах обычно применяется метод нисходящего проектирования, использующий "иерархический" подход к построению функциональной структуры ИТ. Метод заключается в следующем. На первом (верхнем) уровне иерархии формулируется глобальная цель, которая должна быть достигнута в результате внедрения ИТ. Затем (второй уровень) определяются задачи и функции, обеспечивающие выполнение главной цели. На третьем уровне определяются функции, обеспечивающие выполнение задач второго уровня, и т.д.

В настоящее время широко используются частные методологии, относящиеся к созданию отдельных компонентов ИТ и, прежде всего, программных средств. Для разработки и развития программных систем широко используются методологии OSA, ОМТ, SA/SD, JSD, DATARUN, RAD и др. Каждая из этих методологий имеет свою специфику. Например, методология OSA (Object-Oriented System Analysis) обеспечивает объектно-ориентированный анализ программных систем, но не содержит возможностей для поддержки этапа разработки. Методология RAD ориентирована на быструю разработку приложений. Широкое применение находит концепция модульного программирования, в соответствии с которой вся программа разбивается на группы модулей, каждый модуль характеризуется своей структурой, четкими функциями и интерфейсом связи с внешней средой. Модульное программирование базируется на следующие предпосылках:

- модули должны иметь небольшой объем (до 200 строк исходного текста) и определять доступные модулю данные и операции их обработки;

- каждый модуль включает спецификацию, определяющую правила его использования, и тело, т.е. методы его реализации;

- межмодульные связи рекомендуется использовать древовидного типа, предпочтительна организация, при которой модуль на j-м уровне дерева получает информацию от одного модуля (j - 1)-го уровня и передает информацию модулю (j + 1)-го уровня;

- организация модулей должна обеспечивать независимость их разработки, программирования и отладки, это позволяет проектировать и разрабатывать модули разными проектировщиками и программистами.

Сопоставление разных методологий производится по их аналитическим возможностям относительно объектов, связей, агрегации, действий и т.д. На разных фирмах используются различные методологии. Например, фирма "Аргуссофт компани" реализует методологию создания информационных систем, основными составляющими которой являются [6]:

- спиральная модель жизненного цикла (ЖЦ) ПО;

- интеграционная диаграмма, описывающая основные процессы ЖЦ создания ПО ИС и получаемые результаты;

- описание процесса построения ПО ИС на основе комплекса развивающихся систем согласованных моделей как процесса формирования, развития и преобразования моделей на основе модели Закма- на;

- методология анализа требований к ИС на основе исследования процессов деятельности организации (бизнес-процессов) и ее документооборота;

- методология DATARUN быстрого проектирования от данных и методология RAD быстрой разработки приложений;

- набор процедур, методик выполнения операций, комплекс согласованных инструментальных средств и методик их использования для выполнения предписанных операций по созданию ПО ИС.

Различные аспекты методологии развития ИТ рассматриваются итологией, в которой широко используются следующие методы:

1 Метод архитектурной спецификации. В основе метода лежит создание основ научного знания в виде методологического ядра (метазнаний), представляющего собой целостную систему эталонных моделей важнейших разделов ИТ, осуществляющего структуризацию научного знания в целом.

2 Метод функциональной спецификации, заключающийся в представлении ИТ в виде спецификаций, характеризующих поведение ИТ-систем, которое может наблюдаться на интерфейсах (границах) этих систем.

3 Стандартизация спецификаций ИТ и управление их жизненным циклом, осуществляемые системой специализированных международных организаций на основе строго регламентированной деятельности. Данный процесс обеспечивает накопление базовых сертифицированных научных знаний, служит основой создания открытых технологий.

4 Концепция проверки соответствия (аттестации) ИТ-систем ИТспецификациям, на основе которых данные ИТ-системы были разработаны.

5 Профилирование (разработка функциональных профилей) ИТ, это метод построения спецификаций комплексных технологий посредством комбинирования базовых и производных от них (представленных в стандартизованном виде) спецификаций с соответствующей параметрической настройкой этих спецификаций.

6 Таксономия (классификационная система) профилей ИТ, обеспечивающая уникальность идентификации в пространстве ИТ, а также явное отражение взаимосвязей ИТ между собой.

7 Разнообразные методы формализации и алгоритмизации знаний, методы конструирования прикладных информационных технологий (парадигмы, языки программирования, базовые открытые технологии, функциональное профилирование ИТ и т.п.).

Внедрение ИТ связано с реформированием предприятий, которое должно носить комплексный характер и затрагивать все основные структуры и методы руководства, корпоративное управление, технологическую и социальную структуру, внешние связи предприятий. Реструктуризация предприятия включает совершенствование структуры и функций управления, преодоление отставания в техникотехнологических аспектах деятельности, совершенствование финансово-экономической политики с целью повышения эффективности производства, конкурентоспособности продукции и услуг, роста производительности труда, снижения издержек производства, улучшения финансово-экономических результатов деятельности.

Один из основных моментов внедрения ИТ - это обеспечение соответствия документов на основе ПО нормативным требованиям бухгалтерских служб, налоговых и других государственных органов. ПО должно иметь соответствующие лицензии.

Внедрение ИТ на отечественных предприятиях нередко встречает значительные трудности. В первую очередь к ним относятся психологические факторы и необходимость выполнения большого объема работ по документированию, регламентированию и т.п.; высокая цена программных продуктов и услуг по реинжинирингу; менталитет персонала, недостаточные знания, опыт и культура в сфере ИТ, необходимость адаптации западных программных продуктов к нашим возможностям и законодательству, а также учет актуальности многих других задач предприятия; соблюдение требований информационной безопасности.

В большой степени внедрению ИТ мешают экономические трудности и бессистемность автоматизации. Применение ИТ позволяет получить прибыль, если процесс автоматизации доведен до конца. В противном случае складывается мнение, что ИТ приносят только затраты.

Иногда причиной того, что результаты внедрения ИТ не оправдывают ожидания, является отсутствие формализованного представления процессов действующего производства, что в свою очередь вызывается отсутствием общей методологической основы для единого описания процессов функционирования.

Опыт западных стран показывает, что работы по реинжинирингу предприятий, сопровождающемуся внедрением ИТ, должны производиться аккуратно и бережно. Предварительно необходимо создать модели бизнеспроцессов, затем подготовить персонал, внести изменения в документацию и структуру. Такая последовательность действий соответствует философии развития бизнеса: "стратегия подчиняет себе процессы, а процессы - структуру".

Внедренная ИТ должна обеспечить гибкую стратегию развития предприятия, направленную на достижение перспективных целей и учет постоянно изменяющихся внешних условий.

Тема 2. Информационные технологии электронной САПР В проектировании электронных средств выделяют три направления информационных технологий, обеспечивающих соответственно решение задач схемотехнического проектирования, конструирования и электродинамического моделирования.

В настоящее время для решения задач схемотехнического проектирования электронных средств применяется большое число пакетов программ. Широкое распространение на платформе персонального компьютера находит система DesignLab, разработанная корпорацией MicroSim. Основу системы составляют следующие программные модули:

- графический редактор принципиальных схем - Schematics, он же является управляющей оболочкой системы;

- моделирование аналого-цифровых устройств Pspice A/D;

- синтез цифровых устройств на базе интегральных схем (ИС) с программируемой логикой PLD/CPLD PLSyn;

- редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых) StmEd;

- графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования Probe;

- идентификация параметров математических моделей диодов, биполярных, полевых и мощных МОП-транзисторов, биполярных статически индуцированных транзисторов, операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения и магнитных сердечников по паспортным данным PARTS;

- графический редактор многослойных печатных плат и программа автотрассировки SPECCTRA фирмы Cadence PCBoards и Autorouter;

- интерфейс с программой ХАСТ Step 6.0, предназначенной для проектирования электрически перепрограммируемых логических интегральных схем (ПЛИС) фирмы Xilinx (поддерживаются FPGA серий ХС2000, XC3000, XC4000, XC5200 и X-BLOX, поставляется только в составе DesignLab) MicroSim FPGA.

Системы DesignLab DesignCenter имеют графический редактор печатных плат, воспринимающий информацию о соединениях в формате P-CAD. Компоненты принципиальных схем в автоматическом или ручном режиме размещаются на сторонах печатной платы, затем возможна трассировка многослойных соединений, создание командных файлов для изготовления фотошаблонов и для сверлильных станков с ЧПУ. Предусмотрена передача данных в систему AutoCAD для выпуска конструкторской документации.

Широкое распространение в схемотехническом проектировании получили следующие системы.

Система ICAP (фирма Intusoft), которая отличается возможностью работы с измерительными устройствами.

Система Super-Compact и Microware Harmonica (фирма Compact Software), в которой предусмотрено моделирование СВЧ-устройств.

Системы Serenade, Super-Spice, Microware Success, Microware Explorer (фирма Ansoft) обеспечивают моделирование и оптимизацию СВЧ и оптоэлектронных устройств, в том числе во временной области, систем радиофонии, электромагнитных полей и др. Имеются версии систем, ориентированные на Windows 95 (NT).

Системы MicroCAP, MicroLOG (фирмы Spectrum Software) предназначены для анализа и моделирования аналоговых и аналого-цифровых устройств (расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ и др.), а также цифровых устройств на логической основе.

Система OrCAD фирмы OrCAD System Corp позволяет решать задачи схемотехнического и конструкторского проектирования. Следует заметить, что в 1998 г. корпорации OrCAD и MicroSim объединились, это облегчает интеграцию программных продуктов OrCAD и DesignLab.

Система обеспечивает ввод и вывод на печать принципиальных схем, трассировку печатных плат, создание спецификаций, разведение проводников, шин, моделирование цифровых устройств, проектирование ПЛИС и др.

Библиотека систем содержит более 2700 изображений компонентов РЭС.

Система состоит из программных модулей:

OrCAD Capture - графический редактор схем;

OrCAD Capture CIS (Component Information System) - графический редактор схем со средствами ведения баз данных компонентов, при этом через Internet возможен доступ к каталогу компонентов (более 200 000 наименований);

OrCAD Pspice Optimizer - параметрическая оптимизация и др.

Версия OrCAD 9.2 функционирует на ПК (процессор Pentium, OC Windows) с объемом ОЗУ не менее 32 Мбайт и 250 Мбайт дискового пространства.

Основным конкурентом системы OrCAD является пакет P-CAD (фирма Personal CAD System), который часто рассматривается как стандарт при выпуске конструкторской и технологической документации [7]. Поэтому списки соединений принципиальных схем, созданных в OrCAD ранних версий, передавались в P-CAD для вывода схем на принтер или плоттер. Пакет имеет открытую архитектуру, он позволяет проектировать печатные платы, имеющие до 500 элементов и 2000 связей.

Широкое применение находит также пакет AutoCAD (фирма AutoDesk), который представляет собой систему автоматизированной разработки чертежей, рисунков, схем в интерактивном режиме [8]. Важным достоинством пакета является возможность работы с трехмерной графикой, позволяющей строить реальные объекты (детали, дома, станки, одежду и др.), наблюдать их в различных ракурсах.

Рынок программных продуктов содержит большое число пакетов для решения разных задач моделирования. При разработке РЭС широкое применение находят следующие пакеты.

Система Microware Office (фирма AWR) обеспечивает решение задач моделирования при проектировании высокочастотных интегральных и монолитных СВЧ-микросхем, антенн, СВЧ согласующих цепей и фильтров, усилителей, смесителей и др. Модули пакета написаны на языке С++ и позволяют интегрировать в себя новые методы моделирования.

Система Genesys (фирма EAGLEWARE) обеспечивает высокоскоростное моделирование радиочастотных цепей и других элементов, по описанию моделирующего устройства позволяет синтезировать его топологию и представлять трехмерную анимационную картину распределения токов по проводникам. Пользовательский интерфейс системы полностью совпадает со стандартным интерфейсом ПО фирмы Microsoft.

К настоящему времени различными фирмами создано большое число программ автоматизированного проектирования в электронике (САПР-Э или ЕСАЭ - Electronic Compu^r Aided Desing) ECAD, различающихся типами выполняемых проектных процедур и ориентацией на те или иные разновидности радиоэлектронных изделий [3]. Динамичное развитие радиоэлектроники предъявляет все более жесткие требования к САПР по эффективности и разносторонности выполняемых функций. В результате процесс обновления состава программного обеспечения в САПР происходит весьма динамично.

Как и в других отраслях промышленности, связанных с созданием сложной продукции, в радиоэлектронике используют многоуровневые представления проектируемых систем, и соответственно имеет место специализация предприятий по номенклатуре создаваемых изделий. Одни предприятия могут специализироваться на производстве микросхем, другие - на выпуске процессорных и интерфейсных плат, третьи занимаются сборкой приборов или их встраиванием в технологические, транспортные и другие системы.

Очевидно, что использование продукции одного предприятия в изделиях другого, не зависимого от первого, требует, чтобы модели изделий и языки их представления соответствовали принятым стандартам. Основными HDL (Hardware Design Language - язык программирования аппаратуры) языками, используемыми в современных ЕСAD при функционально-логическом проектировании, начиная с описания алгоритмов и кончая представлениями логических схем, являются VHDL и Verilog. Эти языки предназначены для моделирования электронных схем на уровнях вентильном, регистровых передач, корпусов микросхем. Поэтому эти языки можно назвать языками сквозного функциональнологического проектирования.

Кроме языков VHDL и Verilog в ЕСAD находит применение ряд других языков. Среди них прежде всего следует назвать форматы ЕDIF (Electronic Desing Interchange Format) и CIF (Caltech Intermediate Format). EDIF используют для описания топологии СБИС или списков цепей печатных плат. Он удобен для передачи данных, включающих списки соединений, параметры СБИС или печатных плат, спецификации тестовых наборов, результаты моделирования и т.п. Формат CIF применяют при передаче проекта, представленного на уровне геометрических примитивов и управляющих данных, в производство.

Проектирование СБИС является многоуровневым, каждый уровень характеризуется своим математическим обеспечением, используемым для моделирования и анализа схем. Выделяют уровни системный, регистровый (RTL Register Transfer Level), называемый также уровнем регистровых передач, логический, схемотехнический, приборно-техно-логический (компонентный).

Общее название для регистрового и логического уровней - уровень функционально-логический. Преобладает нисходящий стиль функциональнологического проектирования, при котором последовательно выполняются процедуры уровней системного, RTL и логического. В этих процедурах широко используются ранее принятые унифицированные решения, закрепленные в библиотеках функциональных компонентов, например сумматоров, мультиплексоров, регистров и т.п. Эти библиотеки разрабатываются с помощью процедур схемотехнического и компонентного проектирования вне маршрутов проектирования конкретных СБИС.

После получения результатов схемного проектирования приступают к конструкторско- технологическому проектированию, синтезу тестов и окончательной верификации принятых проектных решений.

Верхний иерархический уровень называют системным, архитектурным или поведенческим. Последнее название связано с тем, что на этом уровне оперируют алгоритмами, подлежащими реализации в СБИС, которые выражают поведенческий аспект проектируемого изделия. Алгоритмы, как правило, представляются на языках проектирования аппаратуры (HDL). Далее на системном уровне формулируют требования к функциональным и схемным характеристикам, определяют общую архитектуру построения СБИС, выделяют операционные (datapath) и управляющие (FSM - Finite State Machine) блоки.

Составляют расписание операций заданного алгоритма, т.е. распределяют операции по временным тактам (scheduling) и функциональным блокам (allocationg). Тем самым принимают решения по распараллеливанию и/или конвейеризации операций.

На уровне регистровых передач выполняют синтез и верификацию схем операционных и управляющих блоков, получают функциональные схемы СБИС.

На логическом уровне, иначе называемом вентильным (gate level), преобразуют RTL-спецификации в схемы вентильного уровня с помощью программ - компиляторов логики; здесь используются библиотеки логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ и т.п. Типичный маршрут проектирования СБИС включает в себя следующие процедуры.

1 Проверка корректности исходного алгоритма функционирования СБИС.

2 Формирование абстрактного описания проекта для перехода к составлению расписания операций.

3 Выбор базовой технологии и типов функциональных блоковиз имеющейся библиотеки функциональных компонентов, которыми могут быть регистры, сумматоры, мультиплексоры и т.п.

4 Составление расписания операций, т.е. распределение операций по временным тактам и функциональным блокам. При этом определяются типы операционных блоков (комбинационные или последовательностные) и исходные данные для синтеза управляющих блоков.

5 Разработка модели устройства на уровне RTL, т.е. синтез схемоперационных и управляющих блоков.

6 Верификации выбранного решения, представленного на уров-не RTL.

7 Разработка логических схем путем перевода RTL-модели в модель вентильного уровня с помощью компиляторов логики и библиотек логических элементов.

8 Оптимизация и верификация логических схем.

9 Синтез схем тестирования и тестовых наборов.

10 Конструкторско-технологическое проектирование, включающее процедуры планирования кристалла, размещения компонентов и трассировки межсоединений.

11 Верификация динамических параметров схемы с учетом задержек в проведенных межсоединениях.

12 Синтез файлов с управляющей информацией для генераторов изображений.

К процедурам конструкторского проектирования относят планирование кристалла, размещение компонентов и трассировку межсоединений. Расчет задержек в межсоединениях и их использование в процедуре верификации позволяют уточнить параметры быстродействия схемы. Результаты конструк торского проектирования передаются на этап синтеза файлов с управляющей информацией для генераторов изображений.

В современных системах структурного синтеза на функциональнологическом уровне стремятся получить не просто работоспособное решение, но решение с оптимальным компромиссным удовлетворением требований к площади кристалла, быстродействию, рассеиваемой мощности, а в ряде случаев и к тестируемости схемы.

Формализация процедур структурного синтеза в общем случае затруднительна, поэтому для их эффективного выполнения обычно используют специализированные программы, ориентированные на ограниченный класс проектируемых схем. Характерные особенности технологии изготовления и проектирования имеются у микропроцессоров и схем памяти, у заказных и полузаказных СБИС (ASIC - Application-Specific Integrated Circuits), в том числе у программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Эти особенности обусловливают различия в методах проектирования схем и требуют их отражения в применяемом математическом и программном обеспечении ECAD.

В качестве ПЛИС широко используют программируемые логические схемы CPLD (Complex Programmable Logic Device) и программируемые вентильные матрицы FPGA (Field Programmable Gate Array).

В случае CPLD для отражения структуры конкретной схемы в инвариантном по отношению к приложению множестве функциональных ячеек требуется выполнить заключительные технологические операции металлизации. В случае FPGA программатор по заданной программе просто расплавляет имеющиеся перемычки (fuse) или, наоборот, создает их, локально ликвидируя тонкий изолирующий слой (antifuse). Следовательно, при использовании CPLD и FPGA необходимо с помощью САПР выбрать систему связей между ячейками программируемого прибора в соответствии с реализуемыми в схеме алгоритмами и синтезировать программы управления программатором или заключительной операцией металлизации. Ячейки могут быть достаточно сложными логическими схемами, вентилями или даже отдельными транзисторами. На производстве кристаллов ПЛИС специализируется ряд фирм, например, Xilinx, Altera, Actel и другие, зачастую эти же фирмы поставляют программное обеспечение для синтеза схем на производимых ими ПЛИС.

В последнее время значительное внимание уделяется процедурам совмещенного проектирования программной и аппаратной частей СБИС (SW/HW Software/Hardware codesing). Если в традиционных маршрутах проектирования разделение алгоритмов на части, реализуемые программно и аппаратно, происходит на самых ранних шагах, то в технологии совмещенного проектирования эта процедура фактически переносится на уровень RTL и тем самым входит в итерационный проектный цикл и может привести к более обоснованным проектным решениям. Примером подхода к совмещенному проектированию может служить методика моделирования на уровне исполнения системы команд, в соответствии с которой моделируются события, происходящие на внешних выводах таких устройств, как арифметико-логическое, встроенная и внешняя память, системная шина и т.п. Благодаря совмещенному проектированию удается не только на ранних стадиях проектирования найти и исправить возможные ошибки в аппаратной и программной частях проекта, но и отладить контролирующие тесты.

Тема 3. Информационные технологии класса предприятия (корпоративные информационные системы) Широкое распространение в настоящее время получают отечественные программные продукты компании "1С", корпорации "Парус", "Галактика" и др. Из зарубежных продуктов следует выделить SAP R/3, MS AXAPTA (Navision) и BAAN.

Программа R/3 написана на языке программирования АВАР/4 и состоит из четырех основных модулей:

1 Финансовый учет (Financial Accountig);

2 Людские ресурсы (Humman Resources);

3 Производство и логистика (Manufacturing and Logistics);

4 Продажи и распределение (Sales and Distribution).

На рис. 10 приведена схема модулей приложений R/3.

Модуль Финансовый учет, включает три основные категории функций, необходимых для ведения финансового учета в компании: финансы (Financials - FI), контроллинг (Controlling - СО) и управление фондами (Asset Management - AM). FI охватывает кредиторскую и дебиторскую задолженности, главную бухгалтерскую книгу и инвестирование. Кроме того, категория FI включает процедуры проводки по счетам, подведения месячных и годовых итогов в бухгалтерских книгах, подготовки финансовых отчетов (в том числе балансового отчета) и планирования. Естественно, система обеспечивает возможность документирования процессов, подготовки отчетов, архивирования определенных данных, а также - в случае необходимости - внесения дополнений и изменений в финансовые данные.

Категория контроллинга (СО) включает калькуляцию себестоимости, учет по центру издержек и центру прибылей, бухгалтерский учет и планирование предприятия, проводку внутренних заказов, управление незавершенным производством, рассылку и размещение (Posting and Allocation), анализ рентабельности и составление разнообразных отчетов. Она также включает систему проектов, предназначенную для отслеживания деятельности и затрат, связанных с основными корпоративными проектами такого уровня, как внедрение системы R/3. Сюда же входит модуль калькуляции производственных затрат по видам деятельности (Activity-Based Costing - АВС), связанный с другими реализуемыми методами калькуляции себестоимости. АВС считается эффективным методом моделирования потока затрат между объектами затрат. Затраты по видам деятельности можно затем распределять по бизнеспроцессам.

Категория управления фондами (AM) предусматривает возможность управления всеми типами корпоративных фондов, в том числе основными фондами, арендованными фондами и недвижимостью. Она также включает модуль управления инвестициями, который позволяет управлять, оценивать и контролировать выполнение инвестиционных программ. Здесь же реализованы и казначейские функции, включая управление наличностью и финансовыми фондами, принадлежащими корпорации.

Модуль Людские ресурсы (Human Resources - HR) предоставляет полный набор возможностей, необходимых для управления, планирования, оплаты труда и найма персонала, труд которых и составляет основу деятельности компании. Он включает платежную ведомость работников компании, установление льгот, учет данных о желающих поступить на работу в компанию, планирование повышения квалификации персонала, планирование рабочей силы, составление графиков рабочего времени и смен, управление затратами времени и учет командировочных расходов.

Модуль Производство и логистика является самым крупным и сложным среди всех модулей. Он делится на пять основных компонентов: управление материалами (Materials Management - MM), эксплуатация завода (Plant Maintenance - РМ), управление качеством (Quality Management - QM), планирование и управление производством (Production Planning and Control - PP) и система управления проектами (Project Management System - PS). Каждый такой компонент делится на ряд субкомпонентов. Управление материалами охватывает все задачи в цепочке поставок, в том числе планирование потребления и закупок, оценку поставщика и проверку счет-фактур. Оно также включает управление запасами и складами в каждом цикле их использования. Кроме того, поддерживается организационная форма "электронный канбан-поставки точно в срок".

Компонент Эксплуатация завода (PM) поддерживает деятельность, касающуюся планирования и проведения ремонтов, а также профилактического техобслуживания. Компонент формирует отчеты о завершении циклов обслуживания и соответствующих затратах. Можно также управлять нормированием обслуживания и оценивать его результаты.

Функция управления качеством (QM) позволяет планировать и внедрять процедуры контроля и гарантирования качества. В основу этой функции положен стандарт ISO 9001, определяющий систему управления качеством. Эта функция скоординирована с процессами снабжения и производства, что дает возможность пользователю подбирать точки контроля как поступающих материалов, так и выпускаемой продукции в ходе производственного процесса.

Планирование и управление производством (PP) поддерживает дискретные и непрерывные производственные процессы. Предусмотрено управление как циклическими процессами, так и производством по конкретным заказам.

Этот модуль поддерживает все фазы производства, обеспечивая определение и планирование производственной мощности, планирование материальных потребностей, калькуляцию себестоимости продукта, "развертывание" и свертывание" списка материалов, диалоговый интерфейс системы автоматизированного проектирования (CAD) и управление изменениями технологии.

Эта система позволяет пользователям составлять и пересматривать производственные графики выполнения заказов, которые можно генерировать на основе заказов на поставки и продажи и внутренних потребностей, а также используя узлы WWW.

Система управления проектами (PS) позволяет пользователю составлять крупные и сложные проекты, а также управлять выполнением этих проектов и оценивать их. В то время как предметом системы оценки расходов на проекты (финансовый модуль) являются затраты, система управления проектами используется для планирования и мониторинга сроков и ресурсов. Эта система служит для пользователя проводником по типовым этапам проекта:

концепция, эскизное проектирование, детальное проектирование и планирование, утверждение, исполнение и завершение. Она обеспечивает управление определенной последовательностью действий, каждое из которых взаимосвязано с остальными. Эти действия определены как задачи, выполнение которых требует известного времени, не допускает прерываний, требует определенных ресурсов и влечет за собой определенные расходы. Основой для оценки выполнения проектов являются сроки и результаты (заданные и фактические). Такая система позволяет составлять календарные графики и управлять наличием ресурсов, бюджетом, планированием производственной мощности и расходов, выполнением проекта.

Модуль Продажи и распределение (Sales and Distribution - SD) содержит перечни потенциальных потребителей и управляет связями с потребителями, заказами на продажу, поставками, конфигурацией поставок, экспортом, транспортировкой, распределением, а также осуществляет выписку счетов, фактур и установление скидок. Поскольку этот модуль (как, впрочем, и другие) можно внедрять на глобальном уровне, пользователь управляет процессом международных продаж.

При реализации модуля SD, как и других модулей, в этой системе можно отразить структуру компании во взаимосвязи со сбытом. В результате система R/3 будет, например, "подсказывать", на чем и когда можно получить дополнительный доход. Структуру фирмы можно представить также с точки зрения бухгалтерского учета или управления материалами.

Когда в систему вводится заказ на продажу, в него автоматически включается правильная информация о цене, стимулировании продаж, наличии продукции и вариантах поставки. Предусмотрена возможность обработки пакетных заказов для специализированных отраслей, таких как пищевая, фармацевтическая или химическая. Пользователи имеют возможность зарезервировать запасы для определенных потребителей, сделать запрос на производство промежуточных узлов или ввести заказы типа "сборка под заказ", "строительство под заказ" или "проектирование под заказ", а также специальные заказы, ориентированные на требования отдельных клиентов.

В составе фирмы SAP есть научно-исследовательская группа, которая постоянно занимается поиском оптимальных способов реализации конкретных процессов или субпроцессов. Периодическая модернизация системы отражает результаты этих поисков и самые последние достижения практики бизнеса.

Помимо набора стандартных модулей, у SAP также есть специальные надстроечные модули, называемые отраслевыми решениями (Industry Solutions - IS). Эти отраслевые решения "подогнаны" под требования конкретных отраслей. Нынешний комплект надстроечных модулей включает модули для следующих отраслей: химическая, нефтехимическая, нефтегазовая, общественный сектор, больницы, розничная торговля, печать и издательское дело, страховое и банковское дело. Эти модули добавляют в сис тему специальные возможности, требующиеся для соответствующей отрасли.

В будущем фирма SAP собирается разработать большое число модулей подобного типа.

В компании SAP работает около 27 000 сотрудников, в том числе программистов. Система R/3 продолжает интенсивно развиваться, вводится структура корпоративных порталов. Полная конфигурация занимает около 120 компакт-дисков. С прикладной точки зрения, портал можно рассматривать как унифицированное информационное пространство, позволяющее оперировать информацией из разных приложений. С точки зрения технологии, портал есть интегрированное решение, объединяющее сервер Webприложений и межплатформенное ПО корпоративного масштаба.

Из числа других ERP-пакетов достаточное распространение получили системы Navision Axapta (фирма Navision CIS), Scala (фирма Scala Business Solutions), Baan, Oracle E-Business Suite (корпорация Oracle).

Для внедрения ERP-систем требуются специалисты различных профилей и, прежде всего, концепту- альщики, внедренцы и сервис-инженеры. Концептуальщик хорошо знает функциональные возможности и структуру пакета, его концепцию, он тесно взаимодействует с потенциальными заказчиками ERP-систем, определяет, что нужно клиенту и в каком объеме. Внедренцы имеют глубокие знания в организации бизнес-процессов и технологии настройки соответствующих программных модулей системы. Сервис- инженеры обеспечивают эксплуатационное обслуживание внедренной системы.

Тема 4. SCADA-системы В качестве примера приведем краткое описание отечественной SCADAсистемы ТРЕЙС МОУД. Эта система представляет собой программный комплекс фирмы Adаstra, предназначенный для разработки, настройки и запуска в реальном времени с автоматизированных систем управления технологическими процессами. Все программы, входящие в ТРЕЙС МОУД, делятся на две группы: инструментальная система разработки АСУ и исполнительные модули (runtime).

Инструментальная система включает в себя два редактора: редактор базы каналов и редактор представления данных. В этих редакторах осуществляется разработка математической основы АСУТП, графических экранных фрагментов для визуализации состояния технологического процесса и управления им. В зависимости от лицензии инструментальная система позволяет создавать проекты на разное количество каналов. Существуют следующие градации инструментальных систем по количеству точек ввода/вывода в одномузле проекта: 128, 1024, 32 000 х 16, 64 000 х 16.

В редакторе базы каналов создается математическая основа системы управления: описываются конфигурации всех рабочих станций, контроллеров и УСО, используемых в системе управления, настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора данных и управления. В этом редакторе задаются периоды опроса или формирования сигналов, настраиваются законы первичной обработки и управления, технологические границы, структура математической обработки данных; здесь устанавливается, какие данные и при каких условиях сохранять в различных архивах ТРЕИС МОУД, и настраивается сетевой обмен, а также решаются некоторые другие задачи.

Результатом работы в этом редакторе является математическая и информационная структуры проекта АСУТП. Эти структуры включают в себя набор баз каналов и файлов конфигурации для всех контроллеров и операторских станций (узлов) проекта, а также файл конфигурации всего проекта.

Файл конфигурации проекта имеет расширение cmt и сохраняется в рабочей директории системы разработки. Для хранения всех остальных файлов проекта в рабочей директории создается каталог, имя которого совпадает с именем файла конфигурации. При этом базы каналов сохраняются в файлы с расширениями dbb.

В редакторе представления данных разрабатывается графическая часть проекта системы управления. При этом создается статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди них такие, как поля вывода численных значении, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т.д. Кроме стандартных форм отображения (ФО), ТРЕЙС МОУД позволяет вставлять в проекты графические формы представления данных или управления, разработанные пользователями. Для этого можно использовать стандартный механизм Active-X. Все формы отображения информации, управления и анимационные эффекты связываются с информационной структурой, разработанной в редакторе базы каналов. Графические базы узлов проекта, созданные в редакторе представления данных, сохра няются в файлах с расширением dbg. Их сохранение осуществляется в соответствующие директории проектов.

Исполнительные модули - это программы, под управлением которых запускается АСУ, созданная в инструментальной системе. В группу исполнительных модулей входят следующие программы:

- мониторы реального времени - МРВ; NetLink МРВ; NetLink Light;

- монитор создания АРМ администратора - SUPERVISOR;

- монитор глобального архива - Глобальный регистратор;

- микромонитор реального времени - МикроМРВ и микроМРВ с поддержкой обмена по коммутируемым линиям - МикроМРВ Модем плюс.

Первые пять мониторов предназначены для организации работы верхнего и административного уровней АСУ. МикроМРВ и МикроМРВ Модем+ предназначены для работы в контроллерах нижнего уровня систем управления, естественно, при условии наличия в них операционной системы MS DOS.

Монитор реального времени МРВ предназначен для запуска на АРМ операторов, осуществляющих с его помощью супервизорный контроль и управление технологическими процессами. Под управлением МРВ выполняются следующие задачи:

- запрос данных о состоянии технологического процесса с контроллеров нижнего уровня по любому из встроенных протоколов или через драйвер;

- передача на нижний уровень команд управления по любому из встроенных протоколов или через драйвер;

- обмен данными с платами УСО;

- сохранение данных в архивах;

- обмен по сети с удаленными МРВ;

- обмен по коммутируемым линиям с удаленными МРВ;

- передача данных по сети на следующий уровень АСУ;

- представление оператору графической информации о состоянии технологического процесса;

- автоматическое и супервизорное управление технологическим процессом;

- обмен данными с другими приложениями WINDOWS через DDE/NetDDE/OPC;

- обмен с базами данных через ODBC и другие функции.

Монитор реального времени NetLink МРВ может применяться только в составе систем управления, где обмен данными между узлами системы осуществляется по локальной сети. Под управлением Net- Link МРВ выполняются такие задачи системы управления:

- запрос данных о состоянии технологического процесса у удаленных мониторов ТРЕЙС МОУД по сети;

- передача команд управления по сети на нижний уровень;

- сохранение данных в архивах;

- передача данных по сети на следующий уровень АСУ;

- представление оператору графической информации о состоянии технологического процесса;

- автоматическое и супервизорное управление технологическим процессом;

- обмен с базами данных через ODBC.

Монитор реального времени NetLink Light позволяет создавать дополнительные рабочие места операторов. Он не поддерживает функции обработки данных и автоматического управления. Данный монитор является дополнительной графической консолью, которая может быть подключена с удаленного компьютера к запущенному МРВ. Таким образом, имея в сети один монитор реального времени, можно, используя NetLink Light, создать в сети требуемое количество рабочих мест, совершенно равноправных с МРВ по функциям отображения и супервизорного управления.

Монитор SUPERVISOR предназначен для создания АРМ администратора, он может получать данные только из архивов. Это могут быть либо локальные архивы МРВ или NetLink МРВ, либо глобальные архивы, которые создает Глобальный регистратор. С помощью SUPERVISOR невозможно осуществлять оперативное управление процессом. Он реализует следующие функции:

- чтение по сети и отображение в реальном времени значений параметров технологического процесса, заносимых в архивы мониторами реального времени;

- просмотр данных из архивов в режиме playback с заданной скоростью.

По функциям организации представления данных SUPERVISOR похож на NetLink Light. Для него требуется только создание графической базы (dbg файлы). Существенное отличие SUPERVISOR заключается в том, что он получает от МРВ или Глобального регистратора архивные значения каналов, а NetLink Light - текущие данные.

Глобальный регистратор (ГР) предназначен для ведения глобального архива по всему проекту. Он архивирует данные, посылаемые ему по сети мониторами реального времени. После сохранения данных в архиве Глобальный регистратор может передавать их для просмотра мониторам SUPERVISOR. Архив Глобального регистратора реализует технологию хранилища данных. Он фиксирует значения технологических параметров при их изменении. В рамках одного проекта может поддерживаться только один такой архив. Для организации дублирования глобального архива следует запустить в сети еще один монитор Глобальный регистратор. При этом оба ГР будут принимать данные, посылаемые для архивирования, и сохранять в своих архивах. Дублированный глобальный регистратор поддерживает функции синхронизации архивов при работе в реальном времени и при запуске.

Данный монитор позволяет решать следующие задачи:

- прием по сети данных, посылаемых для архивирования от мониторов реального времени;

- сохранение полученных данных в общем архиве проекта;

- поддержка восстановления архивных данных с резервного Глобального регистратора;

- чтение из архива и отображение в реальном времени значений параметров технологического процесса;

- анализ и обработка данных, сохраненных в архиве;

- обмен данными с другими приложениями WINDOWS через DDE/NetDDE;

- обмен с базами данных через ODBC.

МикроМРВ предназначен для управления задачами сбора данных и управления в контроллерах нижнего уровня АСУТП. Он может быть использован в любых IBM-совместимых контроллерах. По возможностям математической обработки, управления, обмена данными с другими мониторами ТРЕЙС МОУД МикроМРВ идентичен монитору реального времени. Однако для него не реализованы функции графического вывода информации. Задачи для МикроМРВ разрабатываются в редакторе базы каналов. Поэтому при использовании IBM-совместимых контроллеров в рамках ТРЕЙС МОУД реализуется единая линия программирования задач верхнего и нижнего уровней систем управления. В контроллерах до сих пор еще используются типы процессоров, которые давно считаются устаревшими для применения в персональных компьютерах. Поэтому существуют следующие три модификации исполнительных модулей МикроМРВ: для процессоров типа I8088; для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора; для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором.

Функции монитора МикроМРВ Модем плюс совпадают с Микро-МРВ.

Единственным его отличием является встроенная поддержка обмена данными с помощью модема по коммутируемым каналам, что позволяет использовать МикроМРВ для создания удаленных пунктов сбора информации, обменивающихся данными через телефонную сеть.

В системе ТРЕЙС МОУД предусмотрены драйверы. Драйвер требуется, если протокол обмена данными с используемым устройством не встроен в систему. Основной функцией драйвера является обеспечение связи ТРЕЙС МОУД с внешними устройствами. Это могут быть устройства сбора, хранения, обработки, передачи данных (контроллеры, УСО, другой компьютер и т.

д.) или какие-либо другие устройства. Драйвер осуществляет согласование форматов данных ТРЕЙС МОУД и аппаратуры, для связи с которой он разработан.

Общий анализ подобных пакетов позволяет сформулировать некоторые основные возможности и характерные особенности SCADA-систем. В силу тех требований, которые предъявляются к системам SCADA, спектр их функциональных возможностей определен и реализован практически во всех пакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:

- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;

При разработке АСУ возникает вопрос выбора SCADA-системы. Ниже перечислены только некоторые из популярных на западном и российском ранках SCADA-систем, имеющих поддержку в России:

- средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;

- средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;

- средства хранения информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);

- средства обработки первичной информации;

- средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;

- возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

Тема 5. Программные продукты для лабораторных расчетов Одним из представителей пакетов решения различных математических задач является MATLAB. Система MATLAB (MATrix LABoratory-матричная лаборатория, фирма MathWorks, Inc) создана "как язык программирования высокого уровня для технических вычислений". Система имеет открытую архитектуру, современные версии поставляются вместе с пакетом расширения Simulink. Наиболее полно функциональные возможности системы проявляются в рамках комплекса "MATLAB + Simulink + пакеты расширения".

Число пакетов расширения насчитывает несколько десятков. Система имеет уже более 10-ти версий.

В системе реализован принцип визуально-ориентировочного программирования; уравнения состояний, описывающие динамические системы, формируются автоматически; имеются виртуальные средства регистрации и визуализации результатов моделирования.

Наиболее известны области применения системы MATLAB:

- математика и вычисления;

- разработка алгоритмов;

- вычислительный эксперимент, имитационное моделирование, макетирование;

- анализ данных, исследование и визуализация результатов;

- научная и инженерная графика;

- разработка приложений, включая графический интерфейс пользователя.

MATLAB - это интерактивная система, основным ее объектом является массив, для которого не требуется указывать размерность явно. Это позволяет решать многие вычислительные задачи, связанные с векторноматричными формулировками, существенно сокращая время, которое понадобилось бы для программирования на скалярных языках типа С или FORTRAN.

Система MATLAB - это одновременно и операционная среда и язык программирования. Одна из наиболее сильных сторон системы состоит в том, что на языке MATLAB могут быть написаны программы для многократного использования. Пользователь может сам написать специализированные функции и программы, которые оформляются в виде М-файлов. По мере увеличения количества созданных программ возникают проблемы их классификации и тогда можно попытаться собрать родственные функции в специальные папки. Это приводит к концепции пакетов прикладных программ (111111), которые представляют собой коллекции М-файлов для решения определенной задачи или проблемы.

Система не свободна от недостатков. Во-первых, это низкая скорость работы (решения задач), вызванная прежде всего тем, что все модули системы хранятся в так называемых "исходных кодах" и перед выполнением MATLAB их вначале компилирует к исполняемому коду. Например, идентификация системы, рассмотренной в данной работе, длится порядка нескольких (менее 10) секунд.

Во-вторых, это недостаточная прозрачность математических методов, используемых для решения задач. Практически вся русская литература по MATLAB является переводом зарубежной документации.

При переводе больше внимания уделяется практическому использованию системы, а теория чаще всего опускается.

Фирма The Math Works, Inc поддерживает тесные связи с университетским миром и предлагает для образовательных версий значительные скидки.

В настоящее время студенческая версия Student Edition of MATLAB ничем не отличается от коммерческой версии, но имеет невысокую цену и предназначена для студентов, работающих на персональном компьютере дома или в общежитии.

Большое распространение получили также пакеты MatCad, Excel, Mapl и др. [ Тема 5. Прикладное программное обеспечение В качестве примера прикладного программного обеспечения рассмотрим технологию энергосбережения и повышения качества (ТЭПК), которая обеспечивает выполнение в автоматизированном режиме следующих работ:

- анализ результатов гибридного эксперимента, выполненного по методике случайного баланса в сочетании с пассивным экспериментом для неуправляемых входных переменных (состав сырья, параметры окружающей среды и т.д.);

- выделение групп факторов, оказывающих существенное влияние на качество продукции и энергозатраты;

- определение квазиоптимальных режимов работы при векторном критерии качества;

- прогнозирование улучшения качества и снижение энергозатрат при использовании квазиоптимальных режимов;

- разработка алгоритмического и программного обеспечения систем автоматического регулирования и энергосберегающего управления;

- проверка робастности алгоритмического обеспечения;

- принятие обоснованных решений в условиях неопределенности и методами экспертных оценок при проектировании систем управления.

В состав ТЭПК входят программные средства:

- анализ процесса "как есть" и планирование работ по реинжинирингу;

- экспертная система "Энергосберегающее управление динамическими объектами";

- идентификация;

- энергосберегающее управление динамическими объектами;

- принятие решений.

Комплекс программ "Анализ процесса "как есть" и планирование работ по реинжинирингу" позволяет в автоматизированном режиме выполнять следующие работы:

- планирование гибридного эксперимента;

- анализ результатов эксперимента;

- выделение групп факторов, существенно влияющих на качество продукции и энергозатраты;

- Парето-оптимизация режимов при векторном критерии качества;

- построение моделей для управления процессом;

- прогнозирование улучшения качества и снижения энергозатрат при обновлении процесса.

Экспертная система "Энергосберегающее управление динамическими объектами" позволяет:

- оперативно (в диалоговом режиме) решать прямые и обратные задачи анализа оптимального управления при минимизируемых функционалах затраты энергии, расход топлива, время управления и др.;

- исследовать практическую устойчивость проектируемых систем оптимального управления и оценивать их робастность на множестве состояний функционирования;

- в реальном времени определять вид и рассчитывать параметры оптимального управления, реализуемого программной стратегией;

- в реальном времени определять вид и рассчитывать параметры синтезирующей функции оптимального регулятора (при использовании позиционной стратегии);

- оперативно проектировать алгоритмическое обеспечение для микропроцессорных устройств, управляющих динамическими режимами тепловых аппаратов, машин с электроприводами и транспортных средств.

Экспертная система имеет сетевой вариант, позволяющий решать задачи анализа и синтеза оптимального управления в режимах удаленного доступа.

В базе знаний экспертной системы используется новый математический аппарат, основанный на методе синтезирующих переменных в комбинации с принципом максимума и динамическим программированием. Разрабатываемое алгоритмическое обеспечение реализуется недорогими малогабаритными бортовыми контроллерами. Снижение затрат энергии при оптимальном управлении динамическими режимами составляет от 5 до 25 %. Эффект энергосбережения возрастает до 40 % при управлении гибридными объектами.

Комплекс программ "Идентификация" обеспечивает решение следующих задач:

- регистрация экспериментальных данных с требуемым временным шагом и их первичная обработка;

- выделение и оценка параметров случайных составляющих по каналам контроля и управления, определение их закона распределения;

- определение вида и оценка параметров модели динамики объекта управления в виде обыкновенных дифференциальных уравнений;

- определение модели динамики многостадийных процессов в виде дифференциальных уравнений с разрывной правой частью;

- визуализация процесса идентификации модели.

КОМПЛЕКС ПРОГРАММ "ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ” ОБЕСПЕЧИВАЕТ

АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТА РЕШЕНИЯ ПРИ ПЕРЕПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ:

- определение оптимального режима работы;

- выбор варианта системы управления;

- выбор вида модели динамики;

- определение стратегии реализации оптимального управления.

В программном средстве используются различные методы принятия решений в условиях неопределенности (теории игр, Байеса-Лапласа, экспертных оценок и др.), предусмотрена возможность работы с экспертами в режиме удаленного доступа (через Internet).

Краткое описание лабораторных работ Данный вид занятий не предусмотрен.

5.4 Краткое описание практических занятий На практических занятиях студенту необходимо составить математические модели в среде MATLAB, выполнить схемы в графическом редакторе “AutoCAD”, с соблюдением всех правил и норм предъявляемых к проектной документации. При выполнении работ должен быть проведен анализ различных вариантов, результатом которого будет грамотное принятие решения. Работы выполняются в компьютерных залах, при выполнении необходимо использовать соответствующие файлы чертежей из существующей базы данных; Данный прием обеспечит скорость выполнения и соблюдение ЕСКД в документации.

5.4.1 Перечень практических занятий 1. Составление математической модели для одноемкостного объекта 2. Получение статических характеристик 3. Химическая кинетика 4. Теплообменные процессы 5. Выполнить элемент функциональной схемы - измерение температуры для передачи сигнала на вторичный прибор и регулятор 6. Разработка схемы внешних соединений для датчиков температуры, давления и расхода в паропровод 7. Разработка схемы внешних соединений с применением кабелей силовых, контрольных, экранированных, проводов гибких и не гибких.

5.4.2 Методические указания по выполнению заданий на практических занятиях Практические занятия содержат дополнительный материал по дисциплине, не вошедший в основной лекционный курс и предназначены для формирования у студентов навыков практического применения теоретических сведений (решение задач, анализ ситуаций, принятие решений). Во время практического занятия студенты должны изучить теоретический материал, ответить на контрольные вопросы и решить задачи.

Общие требования к форме отчетности по работам и заданиям:

Практические занятия оформляются студентами в тетради для практических занятий.

Составление математической модели для одноемкостного объекта Задание: составить математическую модель для одноемкостного объекта и провести линеаризацию в точке с заданной точностью 3%.

Составляем дифференциальное уравнение с исходными данными:

:= 0. 2 := 0. S := 1. В среде MATLAB составим математическую модель объекта:

Используя полученную модель, находим значения H1, H2 и H3:

В среде MATLAB строим графики зависимости H=f(x1), H=f(x2):

Определив по заданию точку линеаризации, раскладываем исходное уравнение в ряд Тейлора для данной точки:

В среде MATLAB составим математическую модель для данного ДУ:

Используя полученную модель, находим значения H2 (при x2=0.6):

Строим совмещенный график для нелинейной и линеаризованной системы:

Меняя значение x линеаризованной модели подберем интервал, в котором разница нелинейной и линеаризованной систем не превышает 3%:

x Є (0.3914; 0.8002).

Сведения об используемых в работе интерактивных технологиях:

Компьютерная симуляция: в компьютерной среде с помощью имеющихся программных средств моделируется та или иная профессиональная (техническая, экономическая или иная) ситуация, проблема или задача, модель. На этой основе отрабатывается принятие технических или управленческих решений. При этом требуются самостоятельный поиск и проработка информации по отдельным вопросам теоретического курса, консультации преподавателя, взаимодействие с сокурсниками, создание творческих групп с распределением функций и пр.

Используется ПК с ПО «MATLAB». В данной работе пакет предназначен для индивидуального решения задач.

Задание: составить математическую модель для следующего объекта и провести линеаризацию в точке с заданной точностью 3%:

Составляем дифференциальное уравнение с исходными данными:

1 := 0. 2 := 0. 3 := 0. S1 := 1. S2 := В среде MATLAB составим математическую модель объекта:

Используя полученную модель, находим значения H1, H2 и H3:

В среде MATLAB строим графики зависимости H=f(x1), H=f(x2):

Определив по заданию точку линеаризации, раскладываем исходные уравнения в ряд Тейлора для данной точки:

Используя полученную модель, находим значения отклонений h2 (при x2=0):

В среде MATLAB составим математическую модель для данных ДУ:

Строим совмещенный график для нелинейной и линеаризованной системы:

Меняя значение x линеаризованной модели, подберем интервал, в котором разница нелинейной и линеаризованной систем не превышает 3%:

x Є (0.55735;0.8901).

Сведения об используемых в работе интерактивных технологиях:

Компьютерная симуляция: в компьютерной среде с помощью имеющихся программных средств моделируется та или иная профессиональная (техническая, экономическая или иная) ситуация, проблема или задача, модель. На этой основе отрабатывается принятие технических или управленческих решений. При этом требуются самостоятельный поиск и проработка информации по отдельным вопросам теоретического курса, консультации преподавателя, взаимодействие с сокурсниками, создание творческих групп с распределением функций и пр.

в лабораторной работе используется ПК с ПО «MATLAB». В данной работе пакет предназначен для индивидуального решения задач.

Скорость гомогенной реакции – определяется количеством вещества вступающего в реакцию в единицу времени в единицу объёма, в реакцию вступают несколько веществ А В.

Скорость может быть определена по одному из компонентов А или В.

Скорость реакции по нескольким компонентам будет определяться:

Где v - объем, в котором протекает реакция;

dt число молей вещества, реагирующего в единицу времени.

В общем случае скорость может быть переменной, если v = const можно внести под знак производной: dt dt v - мольная концентрация.

Скорость гетерогенной реакции – определяется количеством вещества вступающего в реакцию на единицу поверхности в единицу времени.

Скорость реакции должна быть пропорциональна концентрации и стехиометрическим коэффициентам:

где К – константа скорости, которая показывает скорость при концентрации всех исходных веществ равных одному молю в литре.

Сумма степеней Р = Р1 + Р2 +..... + Рn - порядок реакции.

Если реакция была бы истиной, то Р – целое число, а реально определяется из опыта и не превышает трёх и порядок реакции может быть как целым, так и дробным.

Реакции первого порядка:

А+ В С - Разложения - Образованием малой соли - С выделением газа Параметр который характеризует обратимые реакции до того времени пока не наступит равновесие, называется константой равновесия.

Как только наступит равновесие, скорость равна нулю.

Константа равновесия:

Отношение прямой и обратной реакции.

Для того чтобы определить изменение с течением времени концентрации А необходимо проинтегрировать уравнение скорости реакции А В :

Задача 1.

Имеем необратимую реакцию первого порядка, продукт А превращается в продукт В ( А В ). Известны начальные концентрации: СА(0) = 1 к моль/м3 и СВ(0) = к моль/м3, константы скорости при температуре (Т1), К1 = 0.6 с-1; а при температуре (Т2), К2 = 0.9 с-1.

1) Найти и построить кинетические зависимости компонентов реакции.

2) Найти время 50% превращения компонента А.

Запишем уравнения химической реакции:

По графику определяем время 50% превращения компонента А, t=0. Задача 2.

Реакция двух стадийная: А В С, полезный продукт В, начальные условия СА(0) = 100%, СВ(0) = 0, СС(0) = 0, К1 = 1 с-1, К2 = 0.15 с-1.

1) Требуется получить кинетические зависимости компонентов реакции в виде: СА, СВ, СС.

2) Для продукта В определить max выход, время при котором концентрация продукта В достигает max.

Запишем уравнения химической реакции По графику определяем max выход для продукта В (0.7143); время при котором концентрация продукта В достигает max – t = 2.3176.

Задача 3.

Составить модель для обратимой химической реакции А В.

Известны начальные концентрации: СА(0) = 1,5 к моль/м3 и СВ(0) = 1 к моль/м3, К1 = 0,35 с-1, К2 = 0.2 с-1.

1) Найти и построить кинетические зависимости компонентов реакции.

2) Определить равновесную реакцию и время установления равновесия.

Запишем уравнения химической реакции:

По графику определяем равновесную реакцию и время установления равновесия – t = 12. Задача 4.

Моделирование необратимой реакции первого порядка:

А+ Р В + Р, начальные условия СА(0) = 0.2 к моль/м3, СР (0) = 0.2 к моль/м3, СВ(0) = 0, К = 2·10-3 с-1, 1) Найти и построить кинетические зависимости компонентов реакции.

2) Найти время 50% превращения компонента А при различных концентраций щелочи СР = 1, СР = 0.5, СР = 0.2.

Запишем уравнения химической реакции:

По графику определяем время 50% превращения компонента А при различных концентраций щелочи СР = 1, t = 346.56;

Теплообменник представляет собой тонкостенный змеевик, по которому в режиме идеального вытеснения движется охлажденный поток жидкости.

Змеевик погружён в воду, температура охлаждённой воды практически постоянна и равно 40 во всём объёме.

Найти: температуру потока на выходе из змеевика, протекающая со скоростью 4 м/с, если его температура на входе равна 95; длина трубки змеевика равна 2 м, а сечение – 10-4 м2.(Тв = 40; w = 4 м/с; Т(0) = 95; L = 2 м;

= 1.16·104; СР = 2.93·103 Дж/ (С·кг); = 900 кг/м2). Параметры считать не зависимыми от температуры, изменение объёма не учитывать, режим работы считать стационарным.

Из графика определяем длину при 70С – 1. 2. Жидкость охлаждается типа труба в трубе, охлаждаемая жидкость и хладагент движутся параллельно, т.е. прямотоком, определить длину теплообменника необходимая для снижения температуры жидкости с тепломкостью – 3.55·103 Дж/ (С·кг), со 170 - до 70, если хладагентом является вода с начальной температурой 15, плотность охлаждения жидкости - кг/м2, внутренний диаметр труб 10 мм, наружный для хладагента 30 мм, объмный расход – 2,33·10-4, а хладагента – 1,25·10-3.

dT dT Длина - 2. б) противоток:

Длина - 0. Описание используемой интерактивной образовательной технологии – «мастер - класс»:

Мастер-класс как локальная технология трансляции педагогического опыта должен демонстрировать конкретный методический прием или метод. Мастер-класс должен всегда начинаться с актуализации знаний каждого по предлагаемой проблеме, что позволит расширить свои представления знаниями других участников. Основные преимущества мастер-класса — это уникальное сочетание короткой теоретической части и индивидуальной работы, направленной на приобретение и закрепление практических знаний и навыков. Во время занятия преподаватель демонстрирует методику расчета на конкретном примере, отвечает на вопросы студентов.

Выполнить элемент функциональной схемы - измерение температуры для передачи сигнала на вторичный прибор и регулятор Цель работы: Выполнить элемент функциональной схемы - измерение температуры для передачи сигнала на вторичный прибор и регулятор Содержание занятия: в данном практическом занятии рассмотрены принцип выполнения элементов функциональной схемы.

Требования к отчетным материалам: Работа должна быть оформлена в соответствии с приложением, графическая часть выполняется в программе AutoCad.

Специальные справочные данные: Приборы и средства автоматизации, электрические устройства и средства вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ21.404-85.

Первичный измерительный преобразователь (датчик), прибор, устанавливаемый по месту Прибор, устанавливаемый на щите.

Измеряемая величина Функции, выполняемые прибором Обоз- Основное Доп. обо- Отображе- Формирование Доп.обоз наченазначение знач., уточ- ние инфор- вых. сигнала Дополнительные буквенные обозначения, отображающие функциональные признаки прибора.

Обозначение Чувствительный элемент, (первичное преобразование) Дистанционная передача (промежуточное преобразование) Преобразование, промежуточные функции.

Примеры:

LS Прибор для измерения уровня и дистанционной сигнализации или блокировок.

LA Прибор для измерения уровня, где используются сигнальные лампочки самого прибора.

LSA Прибор с местной сигнализацией и дистанционной передачей сигнализации или блокировки.

В обозначении сигнализирующего прибора необходимо конкретизировать буквами “H” или “L”верхний или нижний пределы.

Буква “U” может быть использована для обозначения прибора измеряющего разнородные величины, с их расшифровкой.

Буква «Е» используется для обозначения чувствительных элементов, т.е. устройств, выполняющих первичное преобразование.

Буква «Т» – для дистанционной передачи сигнала.

Буква «К» - для приборов со станцией управления, переключающей режимы работы «автоматическое-ручное».

Разработка схемы внешних соединений для датчиков температуры, давления и расхода в паропроводе Цель работы: Разработка схемы внешних соединений для датчиков температуры, давления и расхода в паропроводе Содержание занятия: в данном практическом занятии рассмотрены принцип выполнения схем внешних проводок (соединений).

Требования к отчетным материалам: Работа должна быть оформлена в соответствии с приложением, графическая часть выполняется в программе AutoCad.

Специальные справочные данные: Схема внешних проводок – это чертеж на котором показаны все электрические и трубные связи средств автоматизации со щитами и пультами.

Схема внешних проводок выполняется на основе следующих схем:

Схемы функциональной автоматизации;

Принципиальных электрических и пневматических схем;

Планами расположения оборудования При применении в проекте однотипных приборов возможно на схеме выполнять один раз, но при этом дать примечание по замене индекса прибора, номера и длины кабеля При наличии в проекте нескольких совершенно однотипных агрегатов – схему выполняют для одного с примечанием, что данная схема выполнена для агрегата N1, для 2…6 схема аналогична, длину кабелей и труб см. в таблице.

Схема выполняется без масштаба, толщина линий д.б. 0.4…1мм.

Наименование параметра и место отбора импуль- Температура на входе в цех Категория импульсной трубы Маркировка цепей кабелей и проводов должна полностью соответствовать маркировке присвоенной в схеме принципиальной для соответствующего параметра. Так же маркировка позиций по приборам и аппаратуре должна быть одинаковой как на схеме функциональной автоматизации, так и на схемах принципиальных.

Обозначение монтажного чертежа в шапке схемы должно соответствовать заданию на встройки в технологический аппарат или трубопровод.

Присоединение кабелей к щитам и пульта выполняется на схеме внешних проводок отдельным листом, с указанием ссылки на лист схемы внешних проводок, где был начерчен данный кабель.

В случае, как предписывает инструкция прибора, если кабель должен проходить мимо клеммной колодки на схеме внешних должно быть выполнено подключение этого кабеля к прибору установленному на щите.

Схема внешних проводок выполняется для подсчета кабелей, защитных труб, импульсных, труб, защитных металлорукавов, запорной арматуры, соединительных коробок, и т.д.

В угловой спецификации должно быть указаны все изделия и средства автоматизации примененные на схеме внешних проводок:

Кабели :

Провода :

Коробки соединительные:

Металлорукава:

Вентили:

Трубы импульсные:

Трубы защитные:

Заземляющие проводники, и т. д.

Разработка схемы внешних соединений с применением кабелей силовых, контрольных, экранированных, проводов гибких и не гибких Цель работы: Разработка схемы внешних соединений с применением кабелей силовых, контрольных, экранированных, проводов гибких и не гибких Содержание занятия: в данном практическом занятии рассмотрены принцип выполнения схем внешних проводок (соединений) с применением кабелей силовых, контрольных, экранированных, проводов гибких и не гибких.

Требования к отчетным материалам: Работа должна быть оформлена в соответствии с приложением, графическая часть выполняется в программе AutoCad.

Специальные справочные данные: Схема внешних проводок – это чертеж на котором показаны все электрические и трубные связи средств автоматизации со щитами и пультами.

Номенклатура изделий, кабелей и тру наиболее часто применяемых в схеме внешних проводок.

Для выполнения электрического соединения первичных приборов со щитом применяются кабели контрольные типа КВВГ, КВВГЭ, либо бронированные кабеля. В случае требования инструкции для конкретного прибора применяются провода и кабели указанные в инструкции.

Бронированные кабели рекомендуется применять для прокладки их в земле, кабель должен иметь противогнилостное покрытие, бронированные кабеля могут применяться и для наружных проводок, броня выполняет роль защиты, а также экрана при наводках. Для защиты кабелей от электромагнитных наводок применяются экранированные кабели. Кроме медных кабелей могут использоваться и алюминиевые кабели типа АКВВГ. Для силовых проводок (для питание местного пробора ~220В могут быть использованы кабели типа ВВГ3х1.0.

Для защиты кабельных проводок в местах возможных механическим повреждениям кабели должны быть защищены, наиболее часто применяют для защиты водогазопроводные трубы, а также пластмассовые трубы. Защита кабеля должна быть обязательно обеспечена до высоты 2.5м от уровня пола.

Трубные проводки выполняют в основном бесшовными трубами 14х2, из обыкновенной стали, либо если среда агрессивная, то применяют бесшовные трубы из нержавеющей стали.

При применении пневмоприборов используются полиэтиленовые трубки диаметром 6мм или 8мм. Защита полиэтиленовых импульсных и командных труб должна быть также осуществлена водогазопроводными трубками.

Для экономии кабельной продукции в проектах предусматривается переход на многожильные кабеля, в случае электропроводок, и пневмокабели, в случае применения пневмоприборов. Объединение или переход на многожильные кабели выполняется на коровках соединительных.

На схеме внешних можно совмещать прокладку питающей пневмосети, при этом принципиальная схема пневмопитания не выполняется. Для питания сжатым воздухом применяются оцинкованные трубы. Линия питания проводится пунктирной линией от коллектора воздуха или ответвительной сети пневмопитания до прибора. Здесь же показывают фильтры и редукторы.

На схеме внешних обязательно показывают заземление.

Кроме того, на схеме внешних проводок показывают конструкции, на которых устанавливаются датчики, первичные приборы, соединительные коробки т.д.

При применении манометров и дифманометров показывают узлы обвязки, т.е. устройства для продувки линий либо для слива конденсата.

Маркировка кабелей выражается числами от 1 и далее; пневмолиния имеет маркировку 01 и так далее. Маркировка кабельной и трубной продукции проставляется в кружочках диаметром 10мм.

На первом листе схемы внешних проводок делается примечание, например:

1. позиции приборов и аппаратуры указаны согласно спецификации оборудования изделий и материалов.

2. Маркировка цепей – смотри принципиальные схемы проекта.

3. Маркировка кабелей и труб и их прокладка – смотри план расположения оборудования.

4. Заземление электрических сетей и аппаратуры выполнить согласно 5. В качестве заземлителей использовать проводники заземляющие, дополнительную жилу кабелей или сталь полосовую (полоса для 5.5 Краткое описание видов самостоятельной работы Самостоятельная работа студентов (СРС) является неотъемлемой составной частью процесса подготовки. Задача преподавателя - прививать студентам умение самостоятельно пополнять знания по изучаемой дисциплине, ориентироваться в потоке информации.

Под СРС понимается часть учебной планируемой работы, которая выполняется по заданию и при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия.

Задачей самостоятельной работы обучающихся является углубленное изучение отдельных разделов курса выделенных для самостоятельного изучения.

Цель самостоятельной работы – научить студентов работать со специальной литературой, ориентироваться в информационном и методическом обеспечении курса в библиотеке ИрГТУ, интернете и т.п.

Главной целью самостоятельной работы по дисциплине является расширение теоретических и практических знаний об вычислительных машинах, их компонентах, принципах функционирования, в том числе:

• изучение принципов построения информационно-измерительных систем;

• изучение принципа действия, устройства, измерительных характеристик, нормирующих преобразователей, измерительных приборов;

• приобретение необходимых знаний, умений и навыков для практического решения вопросов исследования и проектирования систем автоматического контроля технологических процессов;

5.5.1 Общий перечень видов самостоятельной работы Проработка теоретического материала;

Подготовка к практическим занятиям и выполнение по нему отчетов;

Выполнение контрольной работы;

Написание реферата;

Подготовка к текущему контролю;

Подготовка к итоговому контролю (зачету).

5.5.2 Методические рекомендации по выполнению каждого вида самостоятельной работы Студент должен выполнить объем самостоятельной работы, предусмотренный рабочим учебным планом, максимально используя возможности индивидуального творческого и научного потенциала для освоения образовательной программы в целом.

При изучении теоретического материала в процессе самостоятельной подготовки для закрепления и расширения теоретических знаний, а также подготовки к проверке знаний необходимо следующее:

• чтение конспекта лекций с регулярным повторением пройденных тем;

• изучение теоретического материала с помощью основной и дополнительной литературы и информационных ресурсов;

• изучение теоретической части при подготовке к проведению и защите лабораторных работ.

Студент должен изучать теоретическую часть при подготовке к проведению и защите практических работ. Каждый студент на практическом занятии должен: выполнить исследование характеристик учебных стендов, осуществить выбор технических средств автоматизации, составить функциональную схему контроля и регулирования технологического процесса, создать элемент визуализации технологического процесса.

Темы для реферата предлагаются студентом и утверждаются по согласованию с преподавателем. Для написания рефератов студенты используют академические журналы, имеющиеся в библиотеке, и интернет - ресурсы.

В рамках выполнения письменной контрольной работы студент должен решить два задания. Студент выполняет задания, которые указаны для его варианта. Номер варианта указывается преподавателем.

При подготовке к экзамену необходимо иметь собственный конспект лекций, повторить пройденный материал и темы лабораторных работ и практических занятий, выполнить курсовой проект и представить его на проверку преподавателю.

Отчеты-проекты по практическим занятиям оформляются в соответствии с требованиями методических указаний по выполнению каждой работы и требованиями стандарта СТО ИрГТУ ИрГТУ.027-2009.

Письменная контрольная работа должна быть объемом 12-15 стр., иметь титульный лист, оформленный в соответствии с требованиями СТО ИрГТУ 005-2007. Работа выполняется с использованием средств ВТ и пакета Exel, сопровождается необходимыми схемами, расчетами и графиками. В конце работы приводится список литературы, ставится подпись и дата.

Оформление реферата осуществляется в соответствии с требованиями СТО ИрГТУ.005-2007. Литература, используемая для работы над рефератом, должна быть издана не позднее 2007 года. Рекомендуется оформлять реферат в виде проекта - презентации.

Самостоятельная работа студентов организуется в соответствии с используемыми в учебном процессе формами учебных занятий.

Изучение теоретического материала по дисциплине является непременной составляющей СРС, осуществляемой вне зависимости от посещаемости студентом лекционных занятий. В рамках этого вида СРС студент должен изучать теоретический материал, используя:

• собственный конспект лекций;

• теоретические разделы практических занятий;

• основную и дополнительную литературу по дисциплине;

• интернет-ресурсы.

При самостоятельном изучении материала курса по учебнику (учебному пособию) нужно, прежде всего, уяснить существо каждого излагаемого там вопроса. Главное - это понять изложенное в учебнике (учебном пособии), а не «заучить».

Изучать материал рекомендуется по главам учебника (учебного пособия). Следует прочитать весь материал темы, не затронутый на лекции. Закончив изучение темы, полезно составить краткий конспект, по возможности не заглядывая в учебник (учебное пособие).

После изучения темы по учебнику (учебному пособию) желательно осуществить самопроверку приобретенных знаний, при этом полезно самостоятельно составить перечень вопросов для самопроверки. Ответив на вопрос, вы можете по учебнику проверить, правильно ли это сделано, если в правильности своего ответа сомневаетесь. Кроме того, по тетради с такими вопросами вы можете установить, весь ли материал, предусмотренный программой, вами изучен.

Критерием оценки по данному виду СРС служит свободное ориентирование студента в теоретическом материале.

Подготовка к практическим занятиям и оформление отчетов по Студент должен изучать теоретическую часть при подготовке к проведению и защите практических работ. Каждый студент на практическом занятии должен: выполнить исследование характеристик учебных стендов, осуществить выбор технических средств автоматизации, составить функциональную схему контроля и регулирования технологического процесса, создать элемент визуализации технологического процесса.

Отчеты-проекты по практическим занятиям оформляются в соответствии с требованиями методических указаний по выполнению каждой работы и требованиями стандарта СТО ИрГТУ ИрГТУ.027-2009. Отчет должен содержать титульный лист, цель работы, теоретическую часть, описание установки, порядок работы, выводы по работе, ответы на контрольные вопросы, список литературы. Отчет должен быть оформлен на бумажном носителе, формат А4, принципиальные схемы выполнены в графическом и текстовом редакторе.

В процессе изучения курса студент должен выполнить самостоятельно одну контрольную работу (в тетради 10-12 листов или на листах формата А4 в компьютерном оформлении). Решение заданий должны быть коротко, но четко обосновано.

Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена, написана четко и ясно, и иметь поля для замечаний рецензента. В начале работы следует указать учебный шифр студента и номер варианта. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания.

Работа должна иметь подпись студента и дату.

Если контрольная работа не зачтена, ее следует выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и представить вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце работы, после рецензии, а не в тексте.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная.

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета.

Графики и рисунки должны быть выполнены аккуратно с использованием чертёжных инструментов или средств компьютерной техники и специализированных пакетов.

К защите допускаются правильно оформленные работы, с достаточно полным раскрытием темы. Студент должен во время защиты дать пояснения по всему материалу контрольной работы.

В помощь студентам для выполнения контрольной работы предложена краткая теория по тематике заданий.

преобразователей для измерения тока и напряжения Исходные данные для выполнения задания:

Измерительный механизм (ИМ) магнитоэлектрической системы рассчитан на ток Iим и напряжение Uим и имеет шкалу на н делений. По данным варианта табл. 3.1:

а) составить схему включения измерительного механизма с шунтом и дать вывод формулы Rш;

б) определить постоянную измерительного механизма по току CI, величину сопротивления шунта Rш и постоянную амперметра С'I, если этим прибором нужно измерять ток Iн;

в) определить мощность, потребляемую амперметром при номинальном значении токаIн;

г) составить схему включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением и дать вывод формулы Rд, д) определить постоянную измерительного механизма по напряжению СU, величину добавочного сопротивления Rд и постоянную вольтметра С'U, если этим прибором нужно намерять напряжение Uн, е) определить мощность, потребляемую вольтметром при номинальном значении напряжения Uн.

Методические указания Масштабный измерительный преобразователь предназначен для изменения значения измеряемой величины в заданное число раз.

Для расширения диапазона измерения измерительных приборов по напряжению и току применяют измерительные трансформаторы, добавочные, сопротивления и шунты.