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.