Введение к работе
Актуальность проблемы. Внедрение прогрессивных информационных технологий является одной из главных составляющих интенсификации промышленной и транспортной отраслей, оказывающее непосредственное влияние на их совершенствование и развитие.
Учитывая пониженную стоимость ресурсов при реализации компьютерных технологий, на сегодняшний день наблюдается тенденция перемещения затрат в сторону разработки инсірументальпо-методїкесккх средств для предпросктных исследований, проектирования, моделирования и комплексной отладки сложных систем управления судовыми техническими средствами (СТС) и, в первую очередь, систем автоматизированного управления судовыми энергетическими установками (СЭУ) на базе новых информационных, технологических и технических решений.
Вследствие этого интенсивное развитие получают исследования в области разработки объекшо-ориентированной методологии проектирования сложных систем управления, обеспеченной соответствующей инструментальной поддержкой. Современная индустриальная технология разработок информационного обеспечения процессов проектирования содержит комплекс мероприятий, руководящих документов и автоматизированных средств, позволяющих значительно сокращать сроки проектирования, снижать стоимость изделий, повышать качество проектирования конструкторской документации и технологических процессов.
Объектно-ориентированное проектирование и комплексная отладка функционирования сложных технических систем дает возможность минимизировать или полностью отказаться от имитационных стендовых испытаний, для которых требуется применение натурных имитаторов, характеризующих объекты автоматизированного управления, схемотехнические и программно-аппаратные средства автоматизации, управляющие воздействия с операторских постов, всевозможные
внешние и внутренние дестабилизирующие возде йфвданн сигами і . v \
СПетерЦург j OS WOJ «9С'/__{
В составе СТС главенствующая роль отводится главным пропульсивным и электроэнергетическим установкам, качественное функционирование которых во многом влияет на технико-эксплуатационную эффективность судна в целом. Существует большой круг задач управления судовыми энергетическими процессами, решающих проблемы повышения топливной экономичности судна, динамического позиционирования судна, общесудового контроля безопасности судна и др., решение которых позволяет существенно повысить эффективность и безопасность экс-шгуатации судна в целом. Таким образом следует полагать, что развитие мешдо-логии объектно-ориентированного проектирования систем управления судовыми энергетическими к трапспортно-тсхнологичсскими процессами, основанная на системном подходе к использованию современных компьютерных технологий, является для современного флота крупной актуальной научной проблемой.
Научная проблема. Развитие методологии информационного обеспечения проектирования систем автоматизированного управления судовыми энергетическими процессами с созданием объектно-ориентированного инструментария для іфедпроектньгх исследований, проектирования и комплексной отладки алгоритмов функционирования систем управления путем компьютерного моделирования информационных, технологических и технических решений.
Цель диссертационной работы и задачи исследования. Повышение эффективности и качества информационного обеспечения процессов проектирования систем автоматизированного управления судовыми энергетическими процессами на базе формального аппарата описания архитектуры судового машинно-энергетического комплекса и функционирования его агрегатов, основанного на концепции объектно-ориентированных подходов к исследованиям и методам проектирования, с применением специально созданного для этой цели объектно-ориентированного программного инструментария, обеспечивающего решение задач анализа и синтеза локальных и интегрированных информационных систем.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
-
Анализ существующего уровня автоматизации управления судовыми техническими средствами; разработка модельных представлений о средствах автоматизации судна, критериях их эффективности, показателях качества управления судовыми устройствами и оборудованием.
-
Обоснование и развитие объектно-ориентированного подхода к информационному обеспечению процессов проектирования интегрированных сисіем управления судовыми энергетическими процессами, требующих комплексной отладки их функционирования путем компьютерного моделирования.
-
Сформулированы принципы построения систем управления локальной и сетевой структуры, отличающиеся возможностью проектирования алгоритмов управления и функционирования судового оборудования в виде многопотоковых информационных систем локальной и сетевой структуры с последовательным и параллельным формированием информационных потоков.
-
Разработка объектно-ориентированных методов модульного проектирования систем автоматизированного управления СЭУ и СТС, информационные модели которых на любом выбранном уровне абстракции, рассматриваются в виде композиционной совокупности объектного, субъектного и передаточного модулей
-
Создание и апробация объектно-ориентированного программного инструментария, предназначенного для компьютерного моделирования и функциональной отладки проектируемых систем автоматизированного управления локальной и сетевой струкгуры.
-
Реализация методологического и программно-инструментального обеспечения при проектировании информационных моделей судовых систем управления повышенной сложности, в том числе систем управления главными и дизель-генераторными СЭУ, судном в целом, системы контроля безопасности судна и др.
7. Разработка комплекса информационных и технических решений по совершенствованию систем управления судовыми энергетическими процессами путем применения в судовых дизелях электронных систем управления нового типа, в частности, электронной системы автоматического регулирования частоты вращения дизеля и электронной системы управления опережением впрыска топлива.
Методы исследований. В основу процесса исследований и решения сформулированных задач положены методы системного анализа процессов проектирования систем автоматического регулирования, еис-іем ашимииширонинного управления судовыми энергетическими процессами, методы и теория информационных систем, теория формирования алгоритмов, методы компьютерного моделирования и функционального программирования сложных систем. При выполнении работы использован математический аппарат дифференциальных уравнений, дискретной математики, теории управления, эффективности, искусственного интеллекта и сисч ємного анализа.
Объекты исследований. Судовые средства автоматизации в составе систем управления энергетическими агрегатами, судовыми энергетическими комплексами и судном в целом, а также методы их описания и проектирования.
Предмет исследования. Методологические положения и алгоритмические основы обеспечения информационных систем, связанные с процессами проектирования судовых систем управления.
Научная новизна.
-
Обоснована необходимость объектно-ориентированного подхода к информационному обеспечению процессов проектирования интегрированных систем управления судовыми энергетическими процессами, требующих комплексной отладки их функционирования путем проведения большого числа испытаний, которые могут быть выполнены путем компьютерного моделирования.
-
Исследованы закономерности инженерно-исследовательского процесса модульного проектирования систем управления СЭУ и GTC, информационные моде-
ли которых на любом выбранном уровне абстракции должны рассматриваться в виде композиционной совокупности субъектного, объектного и передаточного модулей.
-
Сформулированы принципы построения систем управления локальной и сетевой структуры, отличаюпщеся возможностью проектирования алгоритмов управления и функционирования судового оборудования в виде последовательного и параллельного формирования информационных потоков.
-
Обоснован способ представления системы управления судовыми энергетическими процессами, иерархическая структура которой описывается в виде сложных математических и логических операторов, охваченных межеистемпкми обратными связями, с учетом динамических воздействий на судовое оборудование и средства автоматизации.
-
Предложен аппарат формального описания алгоритмов функционирования структурных элементов путем записи математических и логических операций в виде блок-схем передаточных функций, отличающийся возможностью синхронизированного формирования последовательных и параллельных информационных потоков.
-
Разработана и апробирована новая технология информационного обешгечет ния и инструментальной поддержки процессов проектирования систем управления на базе специально созданной объектно-ориентированной инструментальной программы "Our-CAD" универсального применения, предназначенной для исследований, автоматизированного проектирования, компьютерного моделирования и комплексной отладки сложных систем управления локальной и сетевой структуры.
-
Разработан комплекс информационных и принципиально новых конструктивных решений по повышению технического уровня систем управления судовыми энергетическими процессами за счет применения в составе СЭУ систем электронного управления дизелем, отличающихся научной и схемной новизной на уровне изобретений и патентов.
Практическая значимость. Разработанная методология информационного обеспечения, создание соответствующего объектно-ориентированным инструментария и предложенные технические решения имеют практическую значимость, предоставляя возможность проведения компьютерных исследований, проектирования, моделирования и функциональной отладки сложных систем управления, в том числе интегрированных систем автоматизированного управления общесудовыми энергетическими процессами на базе электронно-управляемых СЭУ, оснащаемых злектронными системами управления подачей топлива дизеля.
Реализация. Разработанная методология и соответствующий объектно-ориентированный кнетрументаркй использованы при проектировании, поставке и вводе в эксплуатацию: интегрированной АСУ ТП головного нефтерудовоза "Инженер Шлем" Пермского судостроительного завода, проект 15790-1; интегрированной АСУ ТП головного танкера "Ижевск" Ярославского судостроительного завода, проект 14891-1; интегрированной АСУ ТП, оснащаемой системой ДАУ ГД и машинным телеграфом с электрическим валом для головного танкера Рыбинского судостроительного завода, проект 15781. Объектно-ориентированные подходы реализованы в совместных с ГМА им. СО. Макарова работах по формированию предложений к требованиям Российского Морского Регистра Судоходства, предъявляемым к системам управления динамическим позиционированием буровых судов и к общесудовым экспертным системам контроля безопасности судна.
Апробация. Основные положения диссертации докладывались на научно-техническом семинаре ЛЕНЭКСПО по эффективности и экологической безопасности корабельной и судовой энергетики (СПб, 1996г.), на научно-техническом семинаре ЛЕНЭКСПО по ресурсо- и энергосберегающим технологиям (СПб, 1996г.), на международном научно-техническом семинаре института IAV по проблемам создания электронных регуляторов ЛВС (1988г., Зап. Берлин), на международном научно-техническом семинаре с участием стран СЭВ по проблемам создания электронных регуляторов и средств испытаний ТА ДВС (1988г.,
НПО "ЦНИТА", Ленинград), на научно-технической конференции по повышению топливной экономичности автомобилей и тракторов (1987г., Челябинск), на 4-й Сибирской научно-практической конференции по надежности научно-технических прогнозов (1987г., Новосибирск), на отраслевом семинаре по проблемам электронизации тракторов и сельскохозяйственных машин (1989г., Одесса), на НТС НПО "ЦНИТА", научно-исследовательских институтов и предприятий автотракторной отрасли, в АДИ СПбГАСУ (каф. ДВС, 1998г.), на НТС ИПТ РАН (2000г.), на юбилейной научно-технический конференции СЗПИ по проблемам радиотехники и метрологии (СПб, 2000г.), ВМИИ (каф. информ. и управления, 2000-2001г.), ГСЗПУ (каф. метрологии и квалиметрии, 1999-2002г.), на НТС НПО "АМТ" (1996-2002г.), СПГУВК (каф. автоматики, 2000-2002г.), на секции "Автоматизация" НТС Российского Морского Регистра Судоходства (2002г.), перед ведущими специалистами ГМА им. СО. Макарова и ЦНИИМФ (1999-2002г.).
Публикации. Материалы по теме диссертации отражены в монографии, 39 публикациях, в том числе в 5 авторских свидетельствах и в 11 патентах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 301 страницу печатного текста, включая 73 рисунка, и два приложения.
