Информационные технологии автоматизированного проектирования в промышленности

Государственное автономное  профессиональное

образовательное учреждение

«КРАЕВОЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Специальность: 09.02.04 Информационные системы (по отраслям)

Дисциплина: МДК 03.01 «Информационные технологии»

Реферат

Информационные технологии автоматизированного проектирования

и Система автоматизированного проектирования

Выполнил студент группы ИС–149:

Уразбаев Алексей Эдуардович

Проверил: преподаватель дисциплины

Стерхова Марина Сергеевна

Чернушка 2016

Содержание

Оглавление

Введение. 3

2  Основное принципы построения САПР. 7

3 Таблица программ для автоматизированного проектирования. 9

5 Архитектура SCADA–систем. 11

5.1 Клиент–Серверные и виртуализация. 12

6 Уязвимость. 13

Вывод. 14

Источники. 15

Введение

Тема:

·        Информационные технологии автоматизированного проектирования в промышленности

Цель:

·        Изучение технологий автоматизированного проектирования

для дальнейшего применения на практике на предприятии

Задачи:

·        Ознакомиться с автоматизированным проектированием

·        Попрактиковаться на деле в проектировании

·        На примере разобрать САПР «Scada»

1 Ознакомление

Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно–конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.

Наиболее полно возможности САПР–продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере Scada – предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Также в наше время можно увидеть очень много программ, которые предназначены непосредственно для  удобного создания проектов такие как, MS Vision; AutoCAD(рисунок 1); КОМПАС–3D V16(рисунок 2) – все эти программы предназначены моделирования объектов/чертежей.

Программы данного семейства автоматически генерируют ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трёхмерной модели. Имеется возможность связи трёхмерных моделей и чертежей со спецификациями, то есть при «надлежащем» проектировании спецификация может быть получена автоматически; кроме того, изменения в чертеже или модели будут передаваться в спецификацию, и наоборот.

 

На сегодняшний день самый высокотехнологичный  САПР – это «Scada»,может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA–системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль, за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода–вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.

Иногда SCADA–системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA – системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин «SCADA» имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA–системой подразумевают программно –аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80–е годы под SCADA–системами чаще понимали программно–аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90–х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко –машинного интерфейса АСУ ТП.

Введение в САПР

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования – синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно – ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из–за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60–х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах (рисунок 3).

 

2  Основное принципы построения САПР

Разработка САПР представляет собой крупную научно–техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные принципы построения САПР.

·                   САПР – человеко–машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек – инженер, разрабатывающий проект технического средства.

·                   В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирования. Человек в САПР должен решать, во–первых, все задачи, которые не формализованы, во–вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования – один из принципов построения и эксплуатации САПР.

·                   САПР – иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

·                   Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования лишь на одном из уровней оказывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР, разделяемых на центральный вычислительный комплекс и авто­матизированные рабочие места проектировщиков.

·                   САПР – совокупность информационно–согласованных подсистем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информа­ционно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то программы информационно не согласованы. Ручная перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из–за не учёта в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижается качество проектных решений.

·                   САПР – открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во–первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономи­чески выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во–вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства использования новых методов и средств.

·                   САПР – специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе макси­мального использования унифицированных составных частей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР (рисунок 4).

 

 3 Таблица программ для автоматизированного проектирования

Класс	Продукты	Компания
Зарубежные системы
Тяжелые:	Unigraphics NX	EDS
	CATIA	Dassault Systemes/IBM
	Pro/Engineer	РТС
Средние:	SolidWorks	SolidWorks (принадлежит Dassault)
	SolidEdge	EDS
	Inventor и Mechanical Desktop	Autodesk
	Cimatron	Cimatron
	think3	Think3 S.p.A.
	Cadkey	Cadkey
	Power Solutions	Delcam
Легкие:	AutoCAD	Autodesk
	MicroStation	Bently Systems
	SurfCAM 2D	Surfware
	DataCAD	DataCAD
	IntelliCAD	CADopia
	TurboCAD	IMSI
Отечественные продукты
	КОМПАС(CAD/CAM/PDM)	Аскон
	T–Flex(CAD/CAM/CAE/PDM)	«Топ Системы»
	ADEM (CAD/CAM/PDM)	Omega Adem Technologies
	Sprut (CAD/CAM/CAE)	«СПРУТ–Технология»
	APM WinMachine (CAD/CAE)	НТЦ АПМ
	PartY Plus (PDM)	«Лоция Софт»
	КРЕДО (CAD/CAM/CAE)	НИЦ АСК
	Интермех (CAD/CAM/PDM)	«Интермех»
	NormCAD (расчеты и подготовка документации)	«Сапротон»
	ГеММа–3D (CAD/CAM)	НТЦ ГеММа
Специализированные САПР*
	MSC.visualNastran	MSC.Software
	Ansys	Ansys
	AutoPlant	Rebis (принадлежит фирме Bentley)
	«Астра–Нова»	НИЦ «СтаДиО»
	CADWorx	COADE
	Revit	Autodesk
	Robot Millennium	RoboBAT
	Architectural Desktop	Autodesk
	StruCAD	AceCad Software
	HyperSteel	DSC CAD/CAM Technologies

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК. Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса. А SCADA система может позволить операторам изменять уставки для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные ёмкости, а также следить за тревожными сообщениями (алармами), такими как – потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает – показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения – корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных (рисунок 5).

 

 

5 Архитектура SCADA–систем

1.В зависимости от сложности управляемого технологического процесса, а также требований к надёжности, SCADA–системы строятся по одной из следующих архитектур

2.При использовании данной архитектуры система состоит из одной или нескольких рабочих станций оператора, которые не "знают" друг о друге. Все функции системы выполняются на единственной (нескольких независимых) станции(ях) (Рисунок 6).

Преимущества

·        Простота

Недостатки:

·        Отказоустойчивость

·        Истинность данных (исторические данные могут отличаться между разными станциями)

 

5.1 Клиент–Серверные и виртуализация

Современные технологии виртуализации уже глубоко проникли в промышленную автоматизацию. Применение кластеров и виртуальных серверов с разделением функций SCADA–системы позволяет обеспечивать высокую отказоустойчивость, гибкое распределение вычислительных ресурсов, изолирование системы и сетевых подключений от постороннего сетевого трафика, безопасность данных. При использовании виртуализации клиентские станции уже не требуют полноценного ПК(Толстый клиент), достаточно тонкого клиента с подключением к виртуальному клиенту. Облачные вычисления также применяются в промышленной автоматизации либо автоматизации зданий (Рисунок 7).

 

6 Уязвимость

SCADA–системы могут быть уязвимы для хакерских атак. Так, в 2010 году с использованием вируса Stuxnet была осуществлена атака на центрифуги для обогащения урана в Иране. Таким образом, для защиты информационных комплексов, содержащих SCADA–системы, требуется соблюдение общих требований информационной безопасности.

Вывод

Была проделанная огромная работа по теме Информационные технологии автоматизированного проектирования и Система автоматизированного проектирования

·        Целью было: Изучение технологий автоматизированного проектирования

для дальнейшего применения на практике на предприятии

–В свою очередь хочу сказать, что выполнение данной работы было очень интересно и увлекательно, научился работать с некоторыми программами  «автоматизированного проектирования» такими как КОМПАС и Visio, узнал много нового о программе Scada. Как работает диспетчер за свои рабочим местом, как он контролирует уровень добычи продукции и наблюдает, чтобы сырье дошло до места отправки беспрепятственно

Задачи были следующие:

·        Ознакомиться с автоматизированным проектированием – КОМПАС и Visio

·        Попрактиковаться на деле в проектировании – Практика непосредственно с программами прошла успешно

·        На примере разобрать САПР «Scada» – с программой ознакомлен в общих чертах

Источники

1.       https://ru.wikipedia.org/wiki/SCADA

2.       http://www.crn.ru/numbers/reg–numbers/detail.php?ID=9500

3.       http://technologies.su/informacionnye_tehnologii_avtomatizirovannogo_proektirovaniya

4.       https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_автоматизированного_проектирования

5.       http://fan–5.ru/best/best–163819.php