ЭВМ в управлении производством

Содержание

Введение

История вычислительной техники насчитывает уже несколько столетий. Собственно говоря, история самых первых приспособлений, применяющихся для облегчения счета, теряется где-то во мраке древних веков. Никому не известно имя изобретателя счетов и абакуса, которые кое-где применяются и по сей день. Затем появились первые счетные суммирующие машины, механические арифмометры, на смену которым пришли электронные калькуляторы на лампах. А миниатюрными карманными калькуляторами сегодня пользуются почти все.

От арифмометра или  карманного калькулятора компьютер отличается в принципе только тем, что в арифмометре и калькуляторе каждое число, каждое следующее действие или математическую операцию над числами нужно вводить вручную. А компьютер действует автоматически, по заранее составленной программе.

Программа может  быть весьма сложной и предусматривать все возможные варианты обработки информации. Поэтому программу обычно проектируют, разрабатывают и составляют профессионалы — программисты. Благодаря автоматической работе по программе компьютеры действуют гораздо быстрее калькуляторов и позволяют производить очень сложные вычислительные операции даже тем людям, которые не понимают, как работают программы. Ведь для рядового пользователя главное — уметь воспользоваться имеющимся компьютером и готовой программой. В этом и состоит огромное удобство компьютерной техники: чтобы уметь с пользой применять компьютерные технологии, совсем не обязательно подробно знать устройство компьютера или уметь программировать. Точно так же, чтобы пересечь на самолете полмира, совсем не обязательно учиться водить самолет — вполне достаточно купить билет и просто оказаться в числе пассажиров!

Цельную логическую структуру и программное обеспечение универсальной цифровой вычислительной машины разработал английский ученый Чарльз Беббидж (1791—1871). Судьба Бэббиджа драматична. Первая попытка построения его аналитической машины на механической основе, на которую ушли долгие годы и потрачено целое состояние, не увенчалась успехом. Механическая аналитическая машина, создаваемая Бэббиджем, одновременно напоминала часы и ткацкий станок, так как программа записывалась и вводилась в машину на картах с отверстиями, аналогичных перфокартам жаккардового ткацкого станка. Кстати, самым первым программистом в мире была сотрудница Ч. Бэббиджа леди Ада Лавлейс, дочь известного поэта-романтика лорда Дж. Байрона.

Увы, несмотря на огромные усилия и расходы, этой машине Бэббиджа так и не суждено было заработать. Механизм компьютера, основанный на шестернях и колесах, был слишком сложным и инерционным, чтобы достаточно точно выполнять сложные вычисления.

Настоящие программируемые  электронные компьютеры появились не так уж давно — на рубеже Второй мировой войны. Считается, что самые первые электронные компьютеры Z-1 и Z-3 создал в Германии в самом конце 30-х годов Конрад Цузе. Стремительная разработка компьютеров в годы Второй мировой войны происходила из-за необходимости создания устройств для эффективной шифровки и дешифровки секретных сообщений. К счастью, практического применения машины К. Цузе так и не получили. Разумеется, по этой причине компьютерная технология в годы начала холодной войны была окружена плотной завесой таинственности и пребывала в совершенно секретной обстановке. Только некоторые идеи теоретической кибернетики предавались гласности.

В Советском  Союзе вычислительную технику сперва по идеологическим причинам посчитали ответвлением буржуазной лженауки кибернетики, а потом срочно кинулись догонять и перегонять Америку. Вот с тех пор и догоняем...

1. ЭВМ в управлении производством

     ЭВМ прочно  входят в нашу производственную деятельность и в настоящее время нет  необходимости  доказывать целесообразность использования  вычислительной техники в системах управления технологическими процессами,  проектирования, научных  исследований,  административного управления, в  учебном  процессе,  банковских   рассчетах, здравоохранении, сфере  обслуживания и т.д.

При этом последние годы как за рубежом, так и в нашей стране характеризуются резким увеличением производства мини- и микро-ЭВМ (персональные ЭВМ).

На основе мини и персональных ЭВМ можно строить локальные сети ЭВМ, что позволяет решать сложные задачи по управлению производством.

     Исследования  показали,  что из всей информации, образующейся в организации, 60-80% используется непосредственно в этой же организации, циркулируя между подразделениями и  сотрудниками,  и  только  оставшаяся  часть в обобщенном виде поступает в  министерства  и  ведомства.

Это значит, что средства вычислительной техники, рассредоточенные по подразделениям и  рабочим  местам,  должны функционировать в едином процессе, а сотрудникам организации должна быть поставлена возможность общения  с  помощью абонентских  средств  между  собой,  с  единым или  распределенным банком данных.  Одновременно должна  быть обеспечена высокая  эффективность использования вычислительной техники.

     Решению  этой задачи в значительной степени способствовало появление  микроэлектронных  средств  средней  и большой степени интеграции, персональных ЭВМ, оборудования со встроенными микропроцессорами. В результате наряду с  региональными  сетями  ЭВМ,  построенными  на базе крупных ЭВМ и распределенных на большой территории, появились и находят все большее распространение так называемые локальные вычислительные сети (ЛВС), представляющие собой открытую  для  подключения дополнительных абонентских и вычислительных средств  сеть,  функционирующую  в соответствии с  принятыми протоколами (правилами).  Устройства обработки,  передачи и хранения в ЛВС располагаются друг  от друга на расстоянии до нескольких километров, т.  е. в пределах одного или группы зданий. Взаимодействие устройств  ЛВС осуществляется по единому каналу связи (моноканалу), обеспечивающему высокую скорость передачи информации  (до 10-15 Мбит/с).  В сеть могут объединяться ЭВМ как одних типов (однородные сети) или разных типов  (неоднородные сети),  так и разной производительности. Однородные сети проще и дешевле,  так как для их создания требуются относительно простое оборудование и программное обеспечение,  не требующие большого  числа типов средств  сопряжения.  Это  значит,  что такие сети создать проще и дешевле.

     ЛВС являются  в настоящее время универсальной  базой современной индустрии обработки информации и  характеризуются большим  разнообразием  методов  построения любых видов информации. Концепция локальных сетей ЭВМ является одной из самых полезных системных концепций, возникших в результате длительных научных исследований и прогресса в области микроэлектроники.

     ЛВС позволяет  небольшим предприятиям воспользоваться возможностью  объединения персональных,  микро- и мини-ЭВМ в единую вычислительную сеть,  а крупным предприятиям -  освободить  вычислительный  центр  от некоторых функций по обработке информации  "цехового  значения"  и обеспечить их решение в цехе,  отделе.  Кроме того, эксплуатация сети одним заказчиком позволит упростить решение вопроса о закрытии информации.

     Использование ЛВС дает  высокий  экономический  эффект. Например, создание сквозного маршрута проектирования микропроцессоров на  базе  ЛВС  позволило уменьшить сроки разработки  на  35 %  и одновременно снизить стоимость на 48 %. При этом специалисты - разработчики могут находиться на  своих  рабочих  местах и вести совместное проектирование с  использованием  абонентских   средств.

"Узкие" места изделия определяются при проектировании, что позволило сократить объем работ при доводке  изделия до промышленного образца в 2 раза.  Одновременно обеспечивается автоматизация разработки документации.

     По своей  архитектуре (структуре) ЛВС являются упрощенным вариантом архитектуры региональных  и  глобальных сетей ЭВМ и могут создаваться на базе любых ЭВМ.

     Внедрение  ЛВС  доступно  массовому   пользователю  и позволяет создать в организациях и учреждениях распределенные вычислительные мощности и базы данных, информационно-поисковые и справочные службы,  объединить в единую систему автоматизированные рабочие места,  печатающие  и копирующие устройства,  графопостроители, кассовые аппараты и т. д. ЛВС позволяют повысить надежность обработки информации благодаря дублированию ресурсов сети, обеспечить редактирование писем, справок, отчетов, осуществить обмен документами  без распечатки их на бумажном носителе, вести бухгалтерский и  складской  учет,  осуществить управление роботами, машинами, станками, передачи информации в заданное время, использовать систему приоритетов, направлять  циркулярные распоряжения всем,  некоторым, или одному подразделению организации, проводить телесовещания.

     По мере  развития ЛВС можно изменить  ее  конфигурацию, объединить  с другими ЛВС (например  на  крупном предприятии или объединении),  подключить ЛВС  к  региональной вычислительной  сети,  что  позволит реализовать интегрированные автоматизированные  системы   управления (АСУ). На  определенном  этапе развития ЛВС может стать безбумажным бюро,  в котором информация записывается  на магнитные диски,  ленты с возможностью при необходимости получения твердой копии и ее размножения,  а также, наоборот, получения машинных носителей с твердой копии.

     Из всего многообразия ЛВС условно  можно  разделить на четыре группы:

1) ориентированные на  массового потребителя и  строящиеся,    в основном, на базе персональных ЭВМ;

2) включающие,  кроме  персональных ЭВМ, микро-ЭВМ и  микропроцессоры, встроенные  в средства автоматизированного проектирования и разработки  документальной  информации, электронной почты;

3) построенные на базе  микропроцессорных средств, микро и мини-ЭВМ и ЭВМ средней производительности;

4) создаваемые на базе  всех типов ЭВМ,  включая высокопроизводительные.

        Первые из них применяются в учебных процессах, торговле, мелких и средних учреждениях, вторые - в системах автоматизированного проектирования   и   конструирования (САПР), третьи  -  в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ),  управления сложными производственными процессами  и  гибких автоматизированных производствах, четвертые - в системах управления  крупным  производством, отраслью.

     Внедрение  локальных  вычислительных  сетей   окажет серьезное влияние  на организацию производства,  где информационно-управляющие системы будут связаны с  автоматизированными технологическими  системами.  Одновременно ЛВС, ориентированные на автоматизацию основных направлений деятельности  предприятий,  могут  быть  связаны с системами обработки информации объединений, главков, министерств.

     При этом  будет значительно повышена скорость  обмена информацией на всех уровнях управления,  т.е. будет создана иерархическая сеть обмена информацией.

     При решении  вопроса о создании ЛВС должно быть проведено обследование объекта автоматизации  и  определены количество и тип устройств,  включаемых в сеть,  условия эксплуатации сети,  расстояния между объектами сети, интенсивность потока данных, максимальная скорость передачи данных, необходимость обеспечения приоритетности обслуживания абонентов  сети,  максимальное  время ожидания для оператора рабочей станции,  необходимость реализации режима диалога,  должна ли данная ЛВС соединяться с другой ЛВС или региональной сетью ЭВМ,  какие задачи будут решаться с  помощью ЛВС,  какими должны быть уровень надежности и время восстановления работоспособности  после выхода какого-либо  компонента сети из строя,  необходимость расширения или изменения конфигурации сети в будущем, затраты  на  создание и эксплуатацию сети и другие параметры.

Структура ЛВС должна четко соответствовать организационной структуре объекта автоматизации и его информационным связям,  а  также учитывать полный спектр проблем, связанных с ее использованием в течение периодов  максимальной нагрузки.  Это  значит,  что  на  каждую ЛВС для конкретного объекта необходимо иметь проектную  документацию, ориентированную  на  промышленные  технические  и программные средства.

     Для решения   проблемы массового внедрения  локальных сетей ЭВМ промышленными министерствами в соответствии  с единой нормативной документацией и ГОСТ должен быть создан ряд комплексов технических и программных средств для ЛВС, ориентированных  на разное максимальное число подключаемых к сети узлов и скорость передачи  информации  с технико-экономическими характеристиками на уровне лучших образцов и обеспечена поставка их потребителям как комплектных изделий производственно-технического назначения.

     При этом  должны быть разработаны средства  сопряжения с  ЛВС  широкой  номенклатуры средств вычислительной техники, имеющейся у потребителей и планируемой к освоению в производстве. Наиболее реальным направлением решения этой проблемы является организация выпуска специализированных СБИС.

     Решение  указанных проблем безусловно окажет серьезное влияние на эффективность всего народного хозяйства.

     Как известно,  главными системными применениями вычислительной техники являются автоматизированные системы управления экономико-организационного типа (ОАСУ, АСУП и т.п.) системы автоматизации проектирования и конструирования (САПР),  информационно-поисковые системы и системы управления сложными   технологическими  процессами  (АСУ ТП).

     Остановимся кратко  на последних (по перечислениях а не по важности) системах,  так как они дают наибольший социальный и экономический эффект.

     Сегодня  технологические процессы постоянно  усложняются, а  агрегаты,  реализующие   их,  делаются все более мощными. Например,  в энергетике  действуют  энергоблоки мощностью 1000-1500 МВт, установки первичной переработки нефти пропускают до 6 млн.  т. сырья в год, работают доменные печи  объемом  3.5-5 тыс.  кубометров,  создаются гибкоперестраиваемые производственные  системы  в  машиностроении.

     Человек не может  уследить за работой таких   агрегатов и  технологических   комплексов и тогда на помощь ему приходит АСУ ТП.  В АСУ ТП за  работой  технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (температуру  подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта.  Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

     Датчики постоянно  выдают сигналы,  меняющиеся в соответствии с измеряемым параметрам (аналоговые сигналы), в устройство  связи с объектом (УСО) ЭВМ.  В УСО сигналы преобразуются в цифровую форму и затем  по  определенной программе обрабатываются вычислительной машиной.

     ЭВМ сравнивает полученную  от датчиков информацию  с заданными результатами  работы  агрегата  и вырабатывает управляющие сигналы, которую через другую часть УСО поступают на регулирующие органы агрегата.  Например,  если датчики подали сигнал, что лист прокатного стана выходит толще, чем предписано, то ЭВМ вычислит, на какое расстояние нужно сдвинуть валки прокатного стана и подаст  соответствующий сигнал на исполнительный механизм, который переместит валки на требуемое расстояние.

     Системы, в  которых  управление ходом процесса осуществляется подобно сказанному  выше  без  вмешательства человека, называются автоматическими.  Однако,  когда не известны точные законы управления человек вынужден брать управление (определение  управляющих  сигналов)  на себя (такие системы называются автоматизированными).  В этом случае ЭВМ представляет оператору всю необходимую информацию для управления технологическим процессом при помощи дисплеев,  на  которых  данные  могут высвечиваться в цифровом виде или в виде диаграмм,  характеризующих  ход процесса, могут быть представлены и технологические схемы объекта с указанием состояния его частей.  ЭВМ  может также "подсказать"  оператору  некоторые возможные решения.

     Чем сложнее  объект управления,  тем производительнее, надежнее, требуется для АСУ ТП вычислительная машина. Чтобы  избежать все  увеличивающегося наращивания мощности ЭВМ сложные системы стали строить  по  иерархическому принципу. Как правило, в сложный технологический комплекс входит несколько относительно автономных  агрегатов, например,  в  энергоблок  тепловой электростанции входит парогенератор (котел),  турбина и  электрогенератор. В  иерархической системе для каждой составной части создается своя локальная система управления, как правило, автоматическая на  базе микропроцессорной техники.  Теперь, чтобы все части работали  как  единый  энергоблок, необходимо скоординировать работу локальных систем.  Это осуществляется ЭВМ, устанавливаемой на пульте управления блоком. Для этого уже потребуется небольшая вычислительная машина.

     Перспективные АСУ   ТП имеют ряд характерных признаков.  Прежде всего это автоматические  системы,  осуществляющие автоматическое  управление  рабочим  режимом,  а также пуском и остановом оборудования (режимами,  на которые при  ручном управлении приходится наибольшее число аварийных ситуаций из-за ошибок операторов).

     В системах предусматривается  оптимизация управления ходом процесса по выбранным критериям.  Например,  можно задать такие параметры процесса, при которых стоимость себестоимость продукции  будет  минимальной,  или, при необходимости,  настроить агрегат на максимум производительности, не считаясь с некоторым увеличением  расхода сырья и энергоресурсов на единицу продукции.

     Системы должны быть адаптивными,  т.е.  иметь возможность изменять  ход процесса при изменении характеристик исходных материалов или состояния оборудования.

     Одним из  важнейших свойств АСУ ТП является обеспечение безаварийной  работы   сложного   технологического комплекса. Для  этого в АСУ ТП предусматривается возможность диагностирования технологического оборудования. На основе показаний  датчиков  система  определяет  текущее состояние агрегатов и тенденции к аварийным ситуациям  и может дать команду на ведение облегченного режима работы или остановку вообще.  При этом  оператору  представляют данные о характере и местоположении аварийных участков.

     Таким образом, АСУ ТП обеспечивают лучшее использование ресурсов производства, повышение производительности труда,  экономию сырья, материалов и энергоресурсов, исключение тяжелых аварийных ситуаций, увеличение межремонтных периодов работы оборудования. Вот несколько примеров.

     АСУ ТП  электролиза  алюминия  позволяет экономить примерно 250 кВтч.  электроэнергии на каждую тонну выплавленного металла. Этой энергии достаточно, для питания всех электроприборов  в двухкомнатной квартире в течение месяца.

     Автоматизация  с применением ЭВМ установок  первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ6 обеспечивает увеличение  выхода светлых нефтепродуктов (бензина,  керосина, дизельного топлива) на 30 тыс.т. в год за счет оптимизации ведения технологического процесса.

2. Структура и состав персонального компьютера

Введение

Компьютер — это универсальное устройство для хранения, обработки и передачи информации. Он способен делать массу полезного и, тем самым, облегчать жизнь пользователю — работающему за компьютером человеку.

Каждый компьютер состоит  как бы из двух частей, образующих единое целое. Материальная, видимая его часть называется аппаратным обеспечением. А другая, невидимая его часть, — программным обеспечением или просто программами. В зависимости от стоящих перед пользователем задач на одном и том же компьютере могут использоваться разные программы.

Компьютер —  это автомат, решающий задачу, то есть выполняющий алгоритм по программе. При этом надо помнить, что, даже если вам кажется, будто компьютер творчески и изобретательно решает поставленные перед ним проблемы, это лишь иллюзия.

Компьютер — это универсальный автомат, в котором в принципе может быть использовано неограниченное количество программ. Поэтому нельзя сказать, что компьютер — это автомат, предназначенный для обработки текстов или сортировки записей в базе данных или статистических данных. О компьютере правильнее говорить так: сколько программ — столько и автоматов.

Компьютер —  это машина, обладающая таким разнообразием способностей, что сегодня еще не придуманы и наверняка не использованы все возможные варианты ее практического применения. Надо хорошенько поломать голову, чтобы придумать, где бы еще с пользой для дела поставить быстрый и неутомимый компьютер. А если подключить различные дополнительные периферийные устройства, способности компьютера существенно возрастут. Благодаря разнообразным универсальным и специальным программам и многочисленным периферийным устройствам, предназначенным для  ввода информации извне и для вывода готовой информации или выполнения иных действий, создается компьютерная система.

В связи с  «бездонными» способностями компьютера у людей даже появилась новая современная специальность — системный аналитик. Специалисты в этой области занимаются тем,  что придумывают новую работу для компьютеров. Для этого они' изучают труд людей разных специальностей, анализируют их недостатки, потребности и возможности повышения производительности труда, а затем предлагают, где на производстве* или в учреждении было бы наиболее целесообразно и экономически эффективно применение компьютерных систем — то есть конкретных моделей ПК, программного обеспечения и периферийного оборудования. Таким образом, системные аналитики, хотя обычно сами не являются инженерами или программистами, из готовых компонентов создают новые сложные автоматы — компьютерные системы, автоматизирующие многие рутинные операции и облегчающие труд человека.

Дисплеи. Клавиатуры

Дисплей является внешним  устройством вывода визуальной информации.

Дисплеи (мониторы) по своим  характеристикам делятся на следующие  типы: EGA, CGA, VGA, SVGA. В силу того, что мониторы EGA, CGA, VGA морально устарели и больше не выпускаются, не имеет смысла их рассматривать.

SVGA – разрешающая способность и цветовая палитра определяются как возможностями самого монитора, так и возможностями контроллера SVGA. Качество изображения, получаемого на экране монитора, зависит от параметров ЭЛТ и управляющих ею электронных схем. К основным параметрам относятся: размеры экрана и «зерна» и связанное с ними оптическое разрешение, определяющее количество отображаемой информации и возможную степень ее детализации; скорость обновления изображения (частота кадровой развертки), определяющая степень подавления мерцания. На восприятие изображения оказывает существенное влияние и то, насколько экран черный (от этого зависит контрастность) и плоский (выше естественность, шире угол обзора, меньше бликов).

Размер экрана подразделяется на 14-дюймовый (36см), 15-дюймовый (39см), 17-дюймовый (44см), 19-дюймовый (49см) и 21-дюймовый (54см). Эти цифры указывают размер ЭЛТ  по диагонали. Следующим фактором, определяющим качество изображения – размер зерен его экрана (0.22, 0.26, 0.28, 0.29, 0.31). Чем меньше зерно, тем лучше изображение.

Подавляющее большинство  современных мониторов обладает довольно высокими электрическими характеристиками. За последнее время существенно выросли скорости вертикальной развертки (не менее 75-85Гц при максимальных рекомендованных разрешениях и намного больше при более низких). Увеличилось количество регулировок, что позволяет в большинстве случаев снизить всевозможные нелинейности.

В последнее время  в продаже появились мониторы с жидкокристаллическим экраном  – LCD мониторы. Их преимущества перед обычными – абсолютно плоский экран, отсутствие геометрических искажений. Недостаток – очень высокая цена и относительно малый угол обзора.

Клавиатура является внешним устройством ввода информации в ПК.

Как известно, клавиатура пока является основным устройством  ввода информации в компьютер. Это  устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь.

Сначала использовались 83-х клавишные клавиатуры, затем  вместе с АТ появилась 84-х клавишная. Подавляющее большинство современных IBM PC совместимых используют расширенную  клавиатуру. Основные улучшения по сравнению с АТ-клавиатурой касается общего числа (101 и выше) и расположения клавиш. Наиболее стандартным является расположение QWERTY: порядка 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами и ещё около 40 функциональных клавиш.

В настоящее время  наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет собой традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то, что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается  более прогрессивной, хотя особых преимуществ  не даёт.

Наиболее удобными в  использовании являются эргономичные клавиатуры, используемые профессиональными  операторами. Также удобны в использовании беспроводные клавиатуры, связанные с ПК с помощью инфракрасных лучей.

Гибкие диски. Жесткие диски

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы  и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.

Существуют два типа дисководов: дисковод, рассчитанный на дискеты размером 3,5 дюйма и устаревшая модель рассчитанная на дискеты 5,25 дюйма.

Сейчас в компьютерах  используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44 Мбайта. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. Поэтому дискеты 5,25 дюйма практически вытеснены.