Разработка информационной системы сбора и визуализации данных (на примере ООО Уралбумага)
|
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1 АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «УРАЛБУМАГА» 8
1.1 Технико-экономическая характеристика упаковочно-транспортной линии
ООО «Уралбумага» 8
1.1.1 Характеристика предприятия ООО «Уралбумага» 8
1.1.2 Функциональная модель предприятия ООО «Уралбумага» 11
Выводы по параграфу 1.1 14
1.2 Концептуальное моделирование предметной области 14
1.3 Постановка задачи на разработку информационной системы 17
1.3.1 Цель и назначение автоматизированного варианта решения задачи 17
1.3.2 Общая характеристика организации решения задачи на ЭВМ 18
1.3.3 Формализация расчетов подзадач 19
Выводы по параграфу 1.3 20
1.4 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии проектирования 20
1.4.1 Определение критериев анализа 22
1.4.2 Сравнительная характеристика существующих разработок 22
Выводы по главе 1 23
Глава 2 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 24
2.1 Архитектура информационной системы сбора и визуализации данных 24
2.2 Логическое моделирование информационной системы сбора и визуализации
данных 26
2.2.1 Логическая модель и ее описание 26
2.2.2 Определение требований к информационной системе 31
2.3 Реализация шлюза данных 35
2.3.1 OPC протокол и его возможности 35
2.3.2 Структура программного решения шлюза данных 36
2.3.3 Реализация библиотеки сбора данных по протоколу OPC 37
2.3.4 Реализация интерфейса шлюза данных 40
2.4 Реализация сервера или брокера данных 41
2.4.1 Протокол транспорта данных 42
2.4.2 Структура серверного решения 44
2.4.3 Реализация библиотек MQTT транспорта данных 45
2.4.4 Реализация библиотеки обращения к базе данных 47
2.4.5 Реализация интерфейса серверной части 47
Вывод по параграфу 2.4 49
2.5 Предоставление данных конечным пользователям 49
2.5.1 Предоставление отчетности 49
2.5.2 Визуализация данных по типу Цифрового двойника 54
2.5.3 Доступ к архивным данным 58
Вывод по параграфу 2.5 60
2.6 Возможности интеграции с другими системами 60
2.6.1 Связь информационной системы с внешними системами 61
2.6.2 Структура базы данных информационной системы 61
Выводы по главе 2 63
Глава 3 ОЦЕНКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА 64
3.1 Выбор и обоснование методики расчета экономической эффективности . ... 64
3.2 Расчет показателей экономической эффективности проекта 65
Выводы по главе 3 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А Листинг структуры библиотеки DLL_OPC 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Листинг структуры библиотеки dll_MQTT_Broker 76
ПРИЛОЖЕНИЕ В Листинг структуры библиотеки dll_MQTT_Client 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Листинг структуры библиотеки dll_SQL 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Пример отчета съема продукции
Глава 1 АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «УРАЛБУМАГА» 8
1.1 Технико-экономическая характеристика упаковочно-транспортной линии
ООО «Уралбумага» 8
1.1.1 Характеристика предприятия ООО «Уралбумага» 8
1.1.2 Функциональная модель предприятия ООО «Уралбумага» 11
Выводы по параграфу 1.1 14
1.2 Концептуальное моделирование предметной области 14
1.3 Постановка задачи на разработку информационной системы 17
1.3.1 Цель и назначение автоматизированного варианта решения задачи 17
1.3.2 Общая характеристика организации решения задачи на ЭВМ 18
1.3.3 Формализация расчетов подзадач 19
Выводы по параграфу 1.3 20
1.4 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии проектирования 20
1.4.1 Определение критериев анализа 22
1.4.2 Сравнительная характеристика существующих разработок 22
Выводы по главе 1 23
Глава 2 РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 24
2.1 Архитектура информационной системы сбора и визуализации данных 24
2.2 Логическое моделирование информационной системы сбора и визуализации
данных 26
2.2.1 Логическая модель и ее описание 26
2.2.2 Определение требований к информационной системе 31
2.3 Реализация шлюза данных 35
2.3.1 OPC протокол и его возможности 35
2.3.2 Структура программного решения шлюза данных 36
2.3.3 Реализация библиотеки сбора данных по протоколу OPC 37
2.3.4 Реализация интерфейса шлюза данных 40
2.4 Реализация сервера или брокера данных 41
2.4.1 Протокол транспорта данных 42
2.4.2 Структура серверного решения 44
2.4.3 Реализация библиотек MQTT транспорта данных 45
2.4.4 Реализация библиотеки обращения к базе данных 47
2.4.5 Реализация интерфейса серверной части 47
Вывод по параграфу 2.4 49
2.5 Предоставление данных конечным пользователям 49
2.5.1 Предоставление отчетности 49
2.5.2 Визуализация данных по типу Цифрового двойника 54
2.5.3 Доступ к архивным данным 58
Вывод по параграфу 2.5 60
2.6 Возможности интеграции с другими системами 60
2.6.1 Связь информационной системы с внешними системами 61
2.6.2 Структура базы данных информационной системы 61
Выводы по главе 2 63
Глава 3 ОЦЕНКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА 64
3.1 Выбор и обоснование методики расчета экономической эффективности . ... 64
3.2 Расчет показателей экономической эффективности проекта 65
Выводы по главе 3 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А Листинг структуры библиотеки DLL_OPC 74
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Листинг структуры библиотеки dll_MQTT_Broker 76
ПРИЛОЖЕНИЕ В Листинг структуры библиотеки dll_MQTT_Client 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Листинг структуры библиотеки dll_SQL 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Пример отчета съема продукции
Современное производство гофротары представляет собой совокупность высокоавтоматизированных производственных линий с минимальным количеством ручного труда.
Производство гофротары начинается с гофроагрегата, где подается ролевое сырье и производится листовой картон определенного профиля, в зависимости от требований клиента к упаковке. Листовой картон стекается на 8 перерабатывающих линий плоской или ротационной высечки, где происходит высечка, печать и формирование паллет гофропродукции, в соответствии со спецификацией заказа. Сформированные паллеты выходят на хвостовые наземные транспортеры линий переработки, откуда продукцию забирает автоматизированная телега упаковочно-транспортной системы. Телега передает паллеты на Паллетайзеры упаковочно-транспортной системы, где происходит окончательное формирование и упаковка паллет стрейч-пленкой. Упакованные паллеты по наземным транспортерам стекаются на выход упаковочно-транспортной системы, откуда их забирают и отвозят на склад погрузчики.
Производительность всего цеха во многом зависит от пропускной способности упаковочно-транспортной системы, надежности, а также алгоритма ее работы и профессионализма управляющего персонала.
Объектом исследования бакалаврской работа является деятельность упаковочно-транспортной системы цеха по производству гофротары ООО «Уралбумага».
Предмет исследования бакалаврской работы - автоматизированная информационная системы управления цеха по производству гофротары ООО «Уралбумага».
Целью выпускной квалификационной работы является разработка информационной системы сбора и визуализации данных (на примере ООО Уралбумага).
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
• выполнить анализ предметной области, определить существующие проблемы и выявить пути решения;
• моделирование предметной области, разработка архитектуры программного обеспечения, а также реализация разработанных моделей на практике;
• оценить экономическую эффективность разработанной информационной системы.
Данная ВКР состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы.
В первой главе описана организационная структура компании ООО Уралбумага, проведено исследование предметной области упаковочно-транспортной линии цеха производства гофротары, приведены требования и задачи разработки информационной системы, будет проведен анализ существующих решений, выбрана и обоснована стратегия автоматизации производственных процессов.
Во второй главе описана проектная часть, структура базы данных, описание программных модулей, интерфейс программы, осуществлена фактическая разработка проектных решений.
В третьей главе приведено экономическое обоснование разработанной информационной системы.
В заключении подведены результаты работы, описана практическая значимость разработанной информационной системы.
Система управления упаковочно-транспортной системы автономна и самодостаточна, может функционировать без участия оператора, но, с точки зрения управления производством и учета, является «черной дырой» с большим влиянием человеческого фактора. В ходе работы будут введены понятия выработки и простоев упаковочно-транспортной линии, что позволит оценивать и корректировать действия персонала, повышая производительность линии и всего цеха в целом. Разработка цифрового двойника линии позволит начальникам цеха, участка и руководству своевременно принимать решения в режиме реального времени. Также немаловажным является возможность анализа и корректировки алгоритма работы упаковочно-транспортной линии на основе статистических данных.
Границами работы будет зона влияния системы упаковочно-транспортной линии, от хвостовых наземных транспортеров перерабатывающих линий, до выхода готовых к отгрузке паллет с хвостов упаковочно-транспортной линии.
Тема объединения систем и визуализации данных является трендом настоящего времени, способным значительно повысить управляемость и эффективность оборудования и процессов производства. Многие производства в настоящий момент имеют автоматизированные, но устаревшие автономные системы, их объединение способно вывести предприятие на совершенно новый уровень, повышая производительность, не прибегая к увеличению парка оборудования. Анализируя вектор развития разработчиков серьезного производственного оборудования, отчетливо видно направление в сторону интерфейсов объединения систем, удаленной поддержки реального времени, дополненной реальности и т.п. Настоящая работа, несомненно, своевременна, охватывает наиболее критичную точку производства и позволит предприятию быть уверенным в завтрашнем дне.
В ходе работы будут встречены препятствия в виде отсутствия документации и поддержки со стороны производителя оборудования, отсутствие рабочих примеров в сети Интернет. Но, как показала практика, сложные задачи являются наиболее интересными, а девиз компании «вместе к успеху» и содействие серьезных специалистов АСУТП, развития и учета позволяет решать самые амбициозные задачи.
Производство гофротары начинается с гофроагрегата, где подается ролевое сырье и производится листовой картон определенного профиля, в зависимости от требований клиента к упаковке. Листовой картон стекается на 8 перерабатывающих линий плоской или ротационной высечки, где происходит высечка, печать и формирование паллет гофропродукции, в соответствии со спецификацией заказа. Сформированные паллеты выходят на хвостовые наземные транспортеры линий переработки, откуда продукцию забирает автоматизированная телега упаковочно-транспортной системы. Телега передает паллеты на Паллетайзеры упаковочно-транспортной системы, где происходит окончательное формирование и упаковка паллет стрейч-пленкой. Упакованные паллеты по наземным транспортерам стекаются на выход упаковочно-транспортной системы, откуда их забирают и отвозят на склад погрузчики.
Производительность всего цеха во многом зависит от пропускной способности упаковочно-транспортной системы, надежности, а также алгоритма ее работы и профессионализма управляющего персонала.
Объектом исследования бакалаврской работа является деятельность упаковочно-транспортной системы цеха по производству гофротары ООО «Уралбумага».
Предмет исследования бакалаврской работы - автоматизированная информационная системы управления цеха по производству гофротары ООО «Уралбумага».
Целью выпускной квалификационной работы является разработка информационной системы сбора и визуализации данных (на примере ООО Уралбумага).
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
• выполнить анализ предметной области, определить существующие проблемы и выявить пути решения;
• моделирование предметной области, разработка архитектуры программного обеспечения, а также реализация разработанных моделей на практике;
• оценить экономическую эффективность разработанной информационной системы.
Данная ВКР состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы.
В первой главе описана организационная структура компании ООО Уралбумага, проведено исследование предметной области упаковочно-транспортной линии цеха производства гофротары, приведены требования и задачи разработки информационной системы, будет проведен анализ существующих решений, выбрана и обоснована стратегия автоматизации производственных процессов.
Во второй главе описана проектная часть, структура базы данных, описание программных модулей, интерфейс программы, осуществлена фактическая разработка проектных решений.
В третьей главе приведено экономическое обоснование разработанной информационной системы.
В заключении подведены результаты работы, описана практическая значимость разработанной информационной системы.
Система управления упаковочно-транспортной системы автономна и самодостаточна, может функционировать без участия оператора, но, с точки зрения управления производством и учета, является «черной дырой» с большим влиянием человеческого фактора. В ходе работы будут введены понятия выработки и простоев упаковочно-транспортной линии, что позволит оценивать и корректировать действия персонала, повышая производительность линии и всего цеха в целом. Разработка цифрового двойника линии позволит начальникам цеха, участка и руководству своевременно принимать решения в режиме реального времени. Также немаловажным является возможность анализа и корректировки алгоритма работы упаковочно-транспортной линии на основе статистических данных.
Границами работы будет зона влияния системы упаковочно-транспортной линии, от хвостовых наземных транспортеров перерабатывающих линий, до выхода готовых к отгрузке паллет с хвостов упаковочно-транспортной линии.
Тема объединения систем и визуализации данных является трендом настоящего времени, способным значительно повысить управляемость и эффективность оборудования и процессов производства. Многие производства в настоящий момент имеют автоматизированные, но устаревшие автономные системы, их объединение способно вывести предприятие на совершенно новый уровень, повышая производительность, не прибегая к увеличению парка оборудования. Анализируя вектор развития разработчиков серьезного производственного оборудования, отчетливо видно направление в сторону интерфейсов объединения систем, удаленной поддержки реального времени, дополненной реальности и т.п. Настоящая работа, несомненно, своевременна, охватывает наиболее критичную точку производства и позволит предприятию быть уверенным в завтрашнем дне.
В ходе работы будут встречены препятствия в виде отсутствия документации и поддержки со стороны производителя оборудования, отсутствие рабочих примеров в сети Интернет. Но, как показала практика, сложные задачи являются наиболее интересными, а девиз компании «вместе к успеху» и содействие серьезных специалистов АСУТП, развития и учета позволяет решать самые амбициозные задачи.
В ходе работы над выпускной квалификационной работой был разработан программный продукт. Были автоматизированы следующие процессы: передача информации о выработке и простоях, извещение обслуживающего персонала. Процессы и события упаковочно-транспортной линии стали подконтрольны начальнику смены, ремонтному персоналу и руководству.
В первой главе выпускной квалификационной работы была построена организационная структура предприятия и дана характеристика упаковочно-транспортной системы цеха, определена сущность автоматизации. Выполнено концептуальное моделирование в следствии которых были обнаружены недостатки и методы их устранения. Определена цель и назначение автоматизированного варианта, дана общая характеристика организации решения на ЭВМ и произведена формализация расчетов подзадач. Произведен анализ существующих разработок путем определения критериев сравнения и разбор по ним выбранных программных продуктов.
Во второй главе построены диаграммы использования, отражающие возможность взаимодействия конечных пользователей с программным продуктом. Изучены технологии и протоколы транспорта данных. Фактически разработан программный продукт, состоящий из нескольких решений - сервера, шлюза данных и клиентской части.
Разработанный программный продукт обладает понятным графическим интерфейсом, что не приведет к длительному обучению оператора и руководителя. Так же позволяет достигнуть значительной экономии времени при вводе, обработке, просмотре, редактировании данных.
В третьей главе была выбрана и обоснована методика расчета экономической эффективности, а также произведен расчет, который показал, что трудовые и стоимостные затраты сокращены в проектном варианте.
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что разработанный программный продукт является выполненной в полной мере и соответствует всем заявленным требованиям.
В первой главе выпускной квалификационной работы была построена организационная структура предприятия и дана характеристика упаковочно-транспортной системы цеха, определена сущность автоматизации. Выполнено концептуальное моделирование в следствии которых были обнаружены недостатки и методы их устранения. Определена цель и назначение автоматизированного варианта, дана общая характеристика организации решения на ЭВМ и произведена формализация расчетов подзадач. Произведен анализ существующих разработок путем определения критериев сравнения и разбор по ним выбранных программных продуктов.
Во второй главе построены диаграммы использования, отражающие возможность взаимодействия конечных пользователей с программным продуктом. Изучены технологии и протоколы транспорта данных. Фактически разработан программный продукт, состоящий из нескольких решений - сервера, шлюза данных и клиентской части.
Разработанный программный продукт обладает понятным графическим интерфейсом, что не приведет к длительному обучению оператора и руководителя. Так же позволяет достигнуть значительной экономии времени при вводе, обработке, просмотре, редактировании данных.
В третьей главе была выбрана и обоснована методика расчета экономической эффективности, а также произведен расчет, который показал, что трудовые и стоимостные затраты сокращены в проектном варианте.
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что разработанный программный продукт является выполненной в полной мере и соответствует всем заявленным требованиям.