Помощь студентам в учебе
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ ПОЛЕВОГО УРОВНЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АСУ ТП
|
Введение 5
1 Информационная поддержка синтеза проектных решений при разработке
АСУ ТП на полевом уровне 7
1.1 Задачи проектирования АСУ ТП на полевом уровне 9
1.2 Синтез проектных решений при разработке АСУ ТП 15
1.2.1 Задача принятия решений 17
1.2.2 Представление множества альтернатив 20
1.2.3 Морфологические таблицы 21
1.2.4 Альтернативные графы 23
1.2.5 Методы распространения ограничений 25
1.2.6 Выбор готовых прототипов 28
1.2.7 Построение частной структуры из общего 28
1.2.8 Метод сканирования (слепой поиск) 32
1.2.9 Морфологический ящик 33
1.2.10 Задача блочного рюкзака 34
1.3 Развитие методов структурного синтеза 36
2 Метод морфологического анализа как подход к формализации проектного
процесса синтеза при разработке АСУ ТП на полевом уровне 41
2.1 Представление АСУ ТП как совокупности моделей 41
2.2 Разработка морфологических деревьев средств автоматизации 44
2.3 Выбор полевого оборудования с использованием фрагментов И-ИЛИ
деревьев 48
3 Принятие проектных решений при разработке АСУ ТП полевого уровня. 52
3.1. Методы сравнения и оценки многокритериальных альтернатив в условиях определённости исходной информации 52
3.1.1 Попарное сравнение 52
3.1.2 Лексикографический метод 52
3.1.3 Метод лексикографического полуупорядочивания 52
3.1.4 Метод перестановок 53
3.2 Методы, основанные на количественном выражении предпочтений ЛПР на множестве критериев 53
3.2.1 Метод простых приращений 53
3.2.2 Метод ЭЛЕКТРА 1 53
3.2.3 Метод ЭЛЕКТРА 2 54
3.2.4 Метод ЭЛЕКТРА 3 54
3.2.5 Метод аналитических иерархий 55
3.3 Методы, основанные на информации о допустимых значениях
критериев 56
3.3.1 Задание минимально допустимых значений критериев 56
3.3.2 Анализ альтернатив только по критериям, для которых достигаются
«наилучшие» 56
3.4 Методы, не требующие ранжирования критериев 56
3.4.1 Критерий Харвица 56
3.4.2 Метод МАКСИМИН 57
3.4.3 Метод МАКСИМАКС 57
3.5 Методы принятия групповых решений 57
3.5.1 Метод Дельфи 57
3.5.2 Метод ранжирования альтернатив 58
3.5.3 Метод парных сравнений 58
3.5.4 Метод группового принятия решения с помощью кластеризации
экспертных оценок альтернатив 58
3.6 Применение методов семейства Электра при выборе полевого
оборудования 59
3.7 Апробация методологии выбора оборудования 64
3.8 Выбор типономинала полевого оборудования с применением семейства
методов ЭЛЕКТРА 66
3.9 Сформированная структура 78
Заключение 80
Список использованных источников 81
1 Информационная поддержка синтеза проектных решений при разработке
АСУ ТП на полевом уровне 7
1.1 Задачи проектирования АСУ ТП на полевом уровне 9
1.2 Синтез проектных решений при разработке АСУ ТП 15
1.2.1 Задача принятия решений 17
1.2.2 Представление множества альтернатив 20
1.2.3 Морфологические таблицы 21
1.2.4 Альтернативные графы 23
1.2.5 Методы распространения ограничений 25
1.2.6 Выбор готовых прототипов 28
1.2.7 Построение частной структуры из общего 28
1.2.8 Метод сканирования (слепой поиск) 32
1.2.9 Морфологический ящик 33
1.2.10 Задача блочного рюкзака 34
1.3 Развитие методов структурного синтеза 36
2 Метод морфологического анализа как подход к формализации проектного
процесса синтеза при разработке АСУ ТП на полевом уровне 41
2.1 Представление АСУ ТП как совокупности моделей 41
2.2 Разработка морфологических деревьев средств автоматизации 44
2.3 Выбор полевого оборудования с использованием фрагментов И-ИЛИ
деревьев 48
3 Принятие проектных решений при разработке АСУ ТП полевого уровня. 52
3.1. Методы сравнения и оценки многокритериальных альтернатив в условиях определённости исходной информации 52
3.1.1 Попарное сравнение 52
3.1.2 Лексикографический метод 52
3.1.3 Метод лексикографического полуупорядочивания 52
3.1.4 Метод перестановок 53
3.2 Методы, основанные на количественном выражении предпочтений ЛПР на множестве критериев 53
3.2.1 Метод простых приращений 53
3.2.2 Метод ЭЛЕКТРА 1 53
3.2.3 Метод ЭЛЕКТРА 2 54
3.2.4 Метод ЭЛЕКТРА 3 54
3.2.5 Метод аналитических иерархий 55
3.3 Методы, основанные на информации о допустимых значениях
критериев 56
3.3.1 Задание минимально допустимых значений критериев 56
3.3.2 Анализ альтернатив только по критериям, для которых достигаются
«наилучшие» 56
3.4 Методы, не требующие ранжирования критериев 56
3.4.1 Критерий Харвица 56
3.4.2 Метод МАКСИМИН 57
3.4.3 Метод МАКСИМАКС 57
3.5 Методы принятия групповых решений 57
3.5.1 Метод Дельфи 57
3.5.2 Метод ранжирования альтернатив 58
3.5.3 Метод парных сравнений 58
3.5.4 Метод группового принятия решения с помощью кластеризации
экспертных оценок альтернатив 58
3.6 Применение методов семейства Электра при выборе полевого
оборудования 59
3.7 Апробация методологии выбора оборудования 64
3.8 Выбор типономинала полевого оборудования с применением семейства
методов ЭЛЕКТРА 66
3.9 Сформированная структура 78
Заключение 80
Список использованных источников 81
С целью сокращения сроков разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на промышленных объектах необходимо использовать инструменты автоматизированного проектирования. Это особенно актуально при выполнении задач параметрического и структурного синтеза при проектировании АСУ ТП полевого уровня, поскольку в настоящее время в инженерной практике отсутствуют способы, позволяющие по условиям технического задания (ТЗ) сразу же выбрать оптимальный набор средств автоматизации (СА). Сокращение сроков разработки проектной документации, ведет к использованию раннее применяющихся наборов СА для однотипных проектов, что со временем ведет к применению морально устарелого оборудования и необоснованной протекции определенных фирм - производителей СА, которые непосредственно повышают цены на выпускаемую продукцию.
Во избежание принятия ошибочных решений, ускорения времени проектирования в качестве информационного сопровождения этапа проектных работ необходимо иметь специализированное программное обеспечение, автоматизирующее процесс структурного синтеза.
Одним из походов к формализации и автоматизации проектных процедур параметрического и структурного синтеза является метод морфологического анализа, суть которого заключается в построении морфологического И/ИЛИ дерева, определяющего избыточную структуру АСУ ТП, в которой представлены все возможные варианты наборов средств автоматизации [1, 2].
Сужение пространства поиска оптимальной структуры АСУ ТП может быть достигнуто за счет разработки программного средства выбора средств автоматизации соответствующих ТЗ на проектирование АСУ ТП. Алгоритм работы программного средства базируется на анализе фрагментов И/ИЛИ дерева АСУ ТП полевого уровня, соответствующих средствам автоматизации определенного типа.
Цель работы: Разработать методологию решения задачи синтеза структуры АСУ ТП на полевом уровне, на базе современных методов проектирования сложных систем.
Задачи работы:
- исследование и анализ современных методов параметрического и структурного синтеза;
- выбор эффективного метода для формализации и алгоритмизации проектной процедуры синтеза при разработке АСУ ТП;
- адаптация метода морфологического анализа при решении задачи выбора оборудования АСУ ТП на полевом уровне;
- алгоритмическая реализация процедуры выбора полевого оборудования;
- получение заданной структуры АСУ ТП в соответствии с требованиями ТЗ.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
- На основе обобщенных структур в виде фрагментов И/ИЛИ деревьев Планируется построение будущего алгоритма для каталогизированного выбора комплектующих на основе типов и совместимости интерфейсов, а также оборудования и комплектующих АСУ ТП.
- Механизм выбора для построения системы инженером- проектировщиком, предоставляющий возможность конкретного выбора нужной конфигурации, и экономящий время и ресурсы для внедрения эффективной конфигурации в АСУ ТП производственного процесса.
Практическая значимость работы заключается в разработанном алгоритме, формализующем проектную процедуру синтеза структуры АСУ ТП полевого уровня на базе комбинирования И/ИЛИ - деревьев и пороговых методов принятия решения.
Во избежание принятия ошибочных решений, ускорения времени проектирования в качестве информационного сопровождения этапа проектных работ необходимо иметь специализированное программное обеспечение, автоматизирующее процесс структурного синтеза.
Одним из походов к формализации и автоматизации проектных процедур параметрического и структурного синтеза является метод морфологического анализа, суть которого заключается в построении морфологического И/ИЛИ дерева, определяющего избыточную структуру АСУ ТП, в которой представлены все возможные варианты наборов средств автоматизации [1, 2].
Сужение пространства поиска оптимальной структуры АСУ ТП может быть достигнуто за счет разработки программного средства выбора средств автоматизации соответствующих ТЗ на проектирование АСУ ТП. Алгоритм работы программного средства базируется на анализе фрагментов И/ИЛИ дерева АСУ ТП полевого уровня, соответствующих средствам автоматизации определенного типа.
Цель работы: Разработать методологию решения задачи синтеза структуры АСУ ТП на полевом уровне, на базе современных методов проектирования сложных систем.
Задачи работы:
- исследование и анализ современных методов параметрического и структурного синтеза;
- выбор эффективного метода для формализации и алгоритмизации проектной процедуры синтеза при разработке АСУ ТП;
- адаптация метода морфологического анализа при решении задачи выбора оборудования АСУ ТП на полевом уровне;
- алгоритмическая реализация процедуры выбора полевого оборудования;
- получение заданной структуры АСУ ТП в соответствии с требованиями ТЗ.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
- На основе обобщенных структур в виде фрагментов И/ИЛИ деревьев Планируется построение будущего алгоритма для каталогизированного выбора комплектующих на основе типов и совместимости интерфейсов, а также оборудования и комплектующих АСУ ТП.
- Механизм выбора для построения системы инженером- проектировщиком, предоставляющий возможность конкретного выбора нужной конфигурации, и экономящий время и ресурсы для внедрения эффективной конфигурации в АСУ ТП производственного процесса.
Практическая значимость работы заключается в разработанном алгоритме, формализующем проектную процедуру синтеза структуры АСУ ТП полевого уровня на базе комбинирования И/ИЛИ - деревьев и пороговых методов принятия решения.
Результатом выполнения магистерской диссертации является методология решения задачи синтеза структуры АСУ ТП на полевом уровне, включающая:
- формализацию предметной области всей номенклатуры существующих средств автоматизации используемых в качестве полевого оборудования; формализация осуществлена через представление всей номенклатуры полевого оборудования в виде обобщенных структур на базе И/ИЛИ деревьев;
- на базе разработанной совокупности И/ИЛИ деревьев средств автоматизации реализовано программное средство автоматизирующее выбор полевого оборудования удовлетворяющего ТЗ в виде средств автоматизации, которые можно рассматривать как исходные данные для решения задач структурного синтеза АСУ ТП;
- проектная процедура синтеза АСУ ТП реализована с использованием пороговых методов принятия решений на базе семейства Электра;
- задача технической оптимизации решена как задача многокритериальной оптимизации, с участием эксперта, а именно, опытного инженера-проектировщика АСУ ТП.
- формализацию предметной области всей номенклатуры существующих средств автоматизации используемых в качестве полевого оборудования; формализация осуществлена через представление всей номенклатуры полевого оборудования в виде обобщенных структур на базе И/ИЛИ деревьев;
- на базе разработанной совокупности И/ИЛИ деревьев средств автоматизации реализовано программное средство автоматизирующее выбор полевого оборудования удовлетворяющего ТЗ в виде средств автоматизации, которые можно рассматривать как исходные данные для решения задач структурного синтеза АСУ ТП;
- проектная процедура синтеза АСУ ТП реализована с использованием пороговых методов принятия решений на базе семейства Электра;
- задача технической оптимизации решена как задача многокритериальной оптимизации, с участием эксперта, а именно, опытного инженера-проектировщика АСУ ТП.