5. Информационные технологии

В ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

5.1. Практика использования информационных технологий на Магнитогорском металлургическом комбинате

Активное внедрение ИТ на ММК началось с участия ком­бината в широкомасштабном проекте Министерства черной металлургии (1988-1991) по централизованному переоснаще­нию 20 крупнейших металлургических заводов однотипными средствами поддержки современных информационных техно­логий: аппаратура, ПО, СУБД, средства разработки.

Целью проекта было создание типовой Системы управле­ния производством и поставкой продукции для металлургиче­ских заводов, которая должна была увязать задачи планирова­ния сбыта, производства и отгрузки в натуральном и денежном выражении (расценка) с задачами анализа их фактического выполнения.

Была выбрана ориентация на максимальное использование стандартных технических и общесистемных средств, соответ­ствующих передовым технологиям: UNIX, TCP/IP, SQL. Ос­новные технические средства, включая ПК, сетевое оборудо­вание и мини-ЭВМ типа LSX (серверы баз данных), были цен­трализованно закуплены у компании Olivetty.

При министерстве был создан центр технической, обще­системной и методической поддержки, который обеспечивал выбор и освоение инструментальных средств, обучение, ре­монт и другие виды сервиса для всех включенных в проект за­водов. Разработано несколько прототипов прикладных систем УППП для адаптации и внедрения на заводах.

Хотя на уровне прикладных систем тогда не удалось уни­фицировать ПО, используемое на разных предприятиях, но для общесистемных средств и средств разработки унификация по­зволила значительно уменьшить трудозатраты на проектиро­вание и внедрение систем как на отдельных предприятиях, так

и по отрасли в целом. В частности, внедрение новой системы УГШП облегчило ММК переход к условиям рыночных отно­шений.

В качестве основного средства поддержки базы данных и разработки приложений была выбрана СУБД Oracle как наи­более приспособленная к работе на различных технических платформах (включая возможность использования мэйнфрей­мов). На ММК была принята следующая трехуровневая конфи­гурация: сервер базы данных - LSX/UNIX/Oracle5; сервер при­ложений - ПК-386/SCO Xenix-UNIX/ORACLE (связь 1-2 - через Thick Ethernet); терминалы клиентов - PC/XT и ANSI-термина­лы; связь с серверами приложений - асинхронные выделенные линии с использованием мультипортов, минимодемов и прото­кола Kermit - до 10 км.

Получены следующие основные практические результаты:

• освоена работа в ОС UNIX с организацией локальной ин­формационной сети по протоколу TCP/IP (около 50 компью­теров);

• освоена реляционная СУБД и SQL;

- произведена принципиальная переработка прототипов систем с учетом освоения возможностей реляционной СУБД - использование автоматически генерируемых уникальных идентификаторов для основных объектов системы: предпри­ятий, банков, контрактов и т.п. при одновременном снижении трудозатрат функциональных служб комбината; согласован­ ность данных как внутри системы, так и между разными подсистемами АСУ; использование внешних ключей для связи с базовыми объектами, например, ключи "платель­щик", "грузополучатель", "банк" в заказе;

- проведена полная реорганизация технологии "Обра­ботки заказов" на ММК со значительным уменьшением тру­дозатрат на ИВЦ и передачей основной работы в функцио­нальные подразделения (Правовое Управление и Торговый Дом), При этом с практической точки зрения важно то, что внутримашинные уникальные идентификаторы стали широ­ко использоваться и управленческим персоналом.

Опыт показал, что при внедрении инфраструктуры "еди­ного информационного пространства" с однократным вводом и многократным использованием данных пользователи быстро осваивают новую технологию, если они уверены, что в любой момент могут получить информацию об изменении состояния системы, инициированном другим пользователем.

Выяснилось, что реорганизация без внедрения современ­ных ИТ практически невозможна либо неэффективна.

Главным результатом освоения ИТ стало осознание потен­циальных возможностей "открытых систем" и необходимости расширять использование "стандартных элементов". На ММК была принята стратегия технического переоснащения, связан­ная с дальнейшим углублением использования идеологии от­крытых систем и созданием корпоративной информационной сети.

К 1997 г. в корпоративной сети было уже более 1500 компьютеров, а сама конфигурация строилась с учетом следующих узловых моментов:

• в качестве серверов баз данных и серверов приложений были выбраны RISC-серверы семейства SUN. Сейчас кое-где начали использоваться и NT-серверы;

• освоен протокол TCP/IP в различных вариантах: витая па­ра, микроволновая связь и радиосвязь, оптико-волоконная связь, асинхронные выделенные и коммутируемые каналы(SLIP, РРР);

• освоена технология развития сети с использованием "мос­тов", маршрутизаторов и тому подобное, а также техноло­гия управления сетью с использованием средств поддерж­ки (SunNet Manager);

• разработана и внедрена технология пакетного обмена ин­формацией с удаленными подсистемами, не включенными в сеть TCP/IP, с использованием стандартных средств элек­тронной почты;

• построена защита внутрикорпоративной информационной сети с помощью брандмауэра;

• инициировано использование Web-технологии для организации справочной системы руководства ММК в рамках корпоративной сети и для непосредственного получения данных (в том числе и удаленно через Internet) из оперативных баз.

С точки зрения развития структуры прикладных систем на данном этапе можно отметить следующее. Все получалось, когда максимально использовались методы и средства, освоенные в международной практике и, наоборот, неудачи и/или значительные трудозатраты (особенно при сопровождении) преследовали ММК, когда шли "своим путем".

Следует уделять больше внимания проработке логической структуры баз данных прикладных систем и их взаимосвязей, а внешнее представление не вызывает сегодня никаких затруднений.

Простота эксплуатации, сопровождения и развития систем с использованием "типовых" средств разработки, заставила с осторожностью относится к корпоративным приложениям от различных поставщиков (несмотря на их богатые функциональные возможности), особенно когда те используют свои собственные, а не общепринятые средства разработки, основанные на международных стандартах.

С точки зрения промышленной эксплуатации следует уменьшать количество точек, требующих установки прикладного программного обеспечения. В идеале это просто терминал доступа к сети.

Для дальнейшего освоения Web-технологии в новый кон-тракт с Oracle были включены соответствующие средства поддержки, в том числе средства автоматической генерации Web-приложений (Designer/2000). С целью освоения технологии организации аналитических баз данных и средств поддержки принятия решений (DSS) в следующем проекте будут использоваться соответствующие средства поддержки OLAP.

С точки зрения выявленной тенденции, на ММК планируется создать общекорпоративную нормативно-справочную базу данных о продукции на основе технологии, предложенной в системе OPTEGRA. Для перспективного сотрудничества ММК установил прямые связи с подкомитетом ISO по вне­дрению стандартов обмена данными о продукции.

Все это легло в основу перспективного создания на ММК "виртуального предприятия", которое представляет собой принципиально новую ступень интеграции и "открытости".

5.2. Информационные технологии в литейном производстве

Процесс производства литых деталей всегда требует про­ведения большого числа отладочных работ, в том числе испы­таний - натурных и стендовых. В условиях жесткой конкурен­ции производителей крайне важными являются задачи сокра­щения сроков освоения и выпуска новой продукции, быстроты переналадки производства, снижения себестоимости и неук­лонного повышения качества.

Традиционный цикл проектирования изделия включает следующие этапы:

• дизайн-проект;

• проектирование отдельных узлов и деталей;

• изготовление макетов узлов и деталей;

• изготовление опытного образца;

• подготовка серийного производства;

• выпуск партии (серии) изделий.

При этом практически после каждого этапа проводят ис­пытания, по результатам которых в изделие вносят корректи­вы и изменения, затем выполняют пересмотр модели изделия и заново проводят испытания уже обновленного изделия. Уста­новлено, что чем раньше будет выявлен недостаток или де­фект, тем меньше средств будет затрачено; об этом свидетель­ствует приведенная на рис. 1 диаграмма.

10³

Опытный Производство Эксплуатация

Этапы проектирования

Рис. 1. Стоимость устранения дефектов на каждом из этапов создания изделия

Решить проблему сокращения временных, материальных и финансовых затрат на проектирование, выпуск и сопровож­дение изделия позволяет применение информационных техно­логий. При этом решается и другая проблема, связанная с раз­работкой системы качества, так как она предполагает наличие информационной модели предприятия, которая гарантирует эффективную и устойчивую работу.

Объем полезной информации, накопленной предприятием за годы его работы, складывается из следующих источников:

- эмпирических правил, полученных, как правило, методом "проб и ошибок" инженерно-техническим персоналом;

- корпоративных "ноу-хау" - понимание конкретным предприятием процесса разработки и производства продукции;

- опыта предприятия, накопленного за годы работы в ви­де многочисленных архивов с документацией.

- действующей нормативной документации - стандарты (ГОСТ, OCT, ISO), РТМ, ТУ, ТЗ, государственные требования по обеспечению безопасности и защите окружающей среды.

Все эти источники составляют интеллектуальный потенциал предприятия.

На этапе производства изделия, в том числе его отдельных узлов и макетов, за счет применения информационных техно­логий можно достигнуть значительного сокращения сроков и стоимости работ.

В настоящее время в производстве широко используют механообработку и прототипирование.

Процесс подготовки механообработки происходит по сле­дующей схеме:

этап проектирования - дизайнер разрабатывает вирту­альную модель изделия;

этап конструирования - конструктор производит рас-четно-графическую разработку модели изделия;

этап технологической разработки - технолог по модели изделия создает модель отливки (заготовки): вводит техноло­гические указания (припуски, уклоны, зазоры, прибыли и др.) и производит технологические расчеты, позволяющие изгото­вить литейную форму, гарантирующую изготовление качест­венной отливки.

Использование САМ-программы позволяет не только сге­нерировать управляющую программу, но и оптимизировать обработку модели.

Быстрое прототипирование способствует сокращению сроков доводки изделия до требуемого уровня качества. В на­стоящее время существует большое количество методов быст­рого прототипирования, например SLA, SLS, FDM, SGC, LOM и др. Особое место среди них занимает лазерная стереолито-графия. Оптическая система и система перемещения луча ре­шают следующие задачи: сканирование лазерного луча отно­сительно поверхности жидкого фотополимера; совмещение фокуса луча с поверхностью детали в вертикальном направле­нии; фокусировка луча в пятно заданного диаметра. Пример фотополимерной модели приведен на рис. 2.

Рис. 2. Фотополимерная модель

И зготовление ФПМ происходит с привлечением систем САМ и САЕ. Первая - на стадии генерации управляющих программ и ви­зуализации про­цесса изготовле­ния модели выяв­ляет наиболее ве­роятные дефект­ные зоны на ста­дии, предшест­вующей реально­му изготовлению модели (вирту­альная модель).

Вторая - проводит прочностной, тепловой, гидродинамический и другие виды анализа. Затем в системах CAD выбирается ЛПС и линия разъема формы.

Метод лазерной стереолитографии позволяет получать от­ливки в керамических литейных формах без изготовления ме­таллических пресс-форм, быстро вносить корректировки в ма­тематическую модель для учета реальных усадок материалов отливки и формы. Полученную лазерной стереолитографией модель из ФПМ можно использовать при литье по выплавляе­мым и выжигаемым моделям. Стоимость одной стереолито-графической модели составляет 15-20 % от стоимости пресс-формы.

Ряд некоторых фирм, например "АБ-Универсал", для по­лучения отливок разработали технологическое оборудование и расходные материалы (полимеры и металлополимеры) для из­готовления жестких и эластичных форм, что позволило со-

кратить в 5-10 раз цикл и стоимость производства форм. В ре­зультате до внедрения системы автоматического проектирова­ния изготовления детали трудоемкость составляла 646 чел./дн., после внедрения - 117 чел./дн. При этом следует отметить, что удельная масса литых деталей в составе ЖРД в 1970-1990 гг. составляла от 25 до 70 %.

Методы ЛВМ и литье во выжигаемым моделям с приме­нением лазерной стереолитографии позволяют:

• получать детали и цельнолитые конструкции сложной конфигурации с развитыми внутренними поверхностями;

• изготовлять литьем модели сложных узлов двигателей из металл ополимеров, литейных сталей и сплавов для "модель­ных" испытаний (на модельных средах), которые затем для на­турных испытаний изготовляют по сложной технологии изо­термического прессования из порошков и гранул, электроэро­зионной обработкой высокопрочных материалов, сваркой или пайкой узлов из жаропрочных сплавов.

Предприятие в современных условиях обязано формиро­вать базу знаний, которые в дальнейшем эффективно исполь­зуются в системах:

САПР - системы автоматизированного проектирования изделия на разных этапах его производства, которые включают в себя:

• АРМ "Дизайнер" (автоматизированное рабочее место "Ди­зайнер"). Оно предназначено для концептуального проек­тирования цифровой модели изделия в целом, его отдель­ных узлов и деталей; создается виртуальная модель.

• АРМ "Технолог" используют для расчета виртуальной мо­дели отливки с оценкой её технологичности, анализа про­цессов заливки и кристаллизации металла, расчета литниково-питающей системы, расчета температурно-фазовых полей, дефектов усадочной природы и др. Здесь готовят необходимую технологическую документацию, составляют ТЗ на проектирование и изготовление технологической ос­настки.

• АРМ "Конструктор" применяют для создания ассоциатив­ной ЗБ-модели технологической оснастки, выпуска конст­рукторской документации, а также для проведения инже­нерных расчетов (на прочность, тепловых и др.).

• АРМ "Технолог цеха" служит для разработки управляю­щих программ с целью оптимизации режимов и времени механической обработки.

Системы САПР разделяют на 3 уровня: верхний, средний, низкий. Первые используют для концептуального проектиро­вания, проработки наиболее сложных литых деталей, таких как лопатки газовых турбин. Системы среднего уровня применяют для детальной проработки отдельных узлов и деталей; систе­мы низкого уровня - для подготовки и выпуска графической документации. Для решения особых задач разрабатывают спе­циальные программы.

Все системы САПР состоят из нескольких функциональ­ных групп; причем в системе могут быть реализованы одна или несколько групп.

CAD (Computer Aided Desing) - автоматизированное про­ектирование. Современные системы CAD построены на прин­ципах ассоциативного и адаптивного моделирования.

CAD-системы позволяют также автоматизировать выпуск конструкторской и технологической документации.

САМ (Computer Aided Manufacturing) - автоматизирован­ное производство. Системы предназначены для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, визуализации процесса обработки.

САЕ (Computer Aided Engineering) - автоматизированные инженерные расчеты - системы инженерного анализа.

PDM (Product Data Management) - системы управления информацией о продукции - направлены на организацию ра­бот по разработке проекта. При этом учитывается информация по поиску оптимальных решений изготовления отливок, фор­мируются взаимосвязи системы САПР с системами управле­ния предприятием.

Внедрение САПР в литейные процессы осложняется сле­дующими обстоятельствами. Во-первых, по мере перехода к глобальной системе автоматизированного проектирования возникает проблема совместимости используемых программ; каждая система САПР по своему описывает одну и ту же гео­метрию на уровне математической модели. Во-вторых, про­блема необходимости многократного увеличения ресурса хра­нящейся информации; каждый участок производства должен иметь копии одной и той же модели.

Для решения этих проблем необходимо иметь единую систему сквозного проектирования, которая однозначно пони­мает все данные, имеет единую модель (а не копии) и обслу­живает большинство рабочих мест на предприятии. Примером таких систем являются Unigrafics; CATIA; ProEngineer; I-Deas; Euclid-Quantum; все они относятся к группе информационных технологий высокого уровня. Эти системы имеют следующие особенности:

• состоят их отдельных модулей, отвечающих за различ­ные функциональные задачи;

• имеют интегрированные базы данных, что позволяет выбирать из множества только необходимую. При этом внесение какого-либо усовершенствования на любом этапе проходит по всей цепочке как сверху вниз, так и снизу вверх.

Таким образом, формируется "стержень", вокруг которого будет выстроена вся информационная система предприятия, включая системы управления предприятием (ERP-системы, например, Enterprise Resource Planning - планирование ресурса предприятий), создается глобальная система предприятия.

библиографический список

1. Омельченко Л.Н. Самоучитель Microsoft® Frontpage 2000. / Л.Н. Омельченко, А.Ф. Федоров - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 1999. – 512 с.

2. Матросов А.В. HTML 4.0. / А.В. Матросов, А.О. Сергеев, М.П. Чаунин - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 672 с.

3. Данилевский Ю.Г. Ин­формационная технология в промышленности. / Ю.Г. Данилевский, И.А. Петухов, B.C. Шибанов - Л.: Машино­строение. Ленингр. отд., 1988, – 283 с.

4. Куперштейн В. Современные информационные техно­логии в делопроизводстве и управлении. / В. Куперштейн - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 624 с.

5. Васильев В. Компьютерная обработка сигна­лов. / В. Васильев, И. Гуров - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 240 с.

6. Васильев В.А. Информационные техно­логии в литейном производстве. / В.А. Васильев, Н.В. Васильев // Литейщик России. 2002. №5 С. 32-40.

7. Лощин И.О. Основы сис­тем автоматизированного проектирования для литейщиков: Учеб. пособие. / И.О. Лощин, В.А. Решетов, А.В. Петухов - Н. Новгород: Нижегород. гос. техн. ун.-т, 2002. – 253 с.

8. Габбосов Ю. Internet. / Ю. Габбосов - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 448 с.

9. Фролов А.В. Глобальные сети компьюте­ров. Практическое введение в Internet, E-Mail, FTP, WWW и HTML. / А.В. Фролов, Г.В. Фролов - ML: Диалог - МИФИ, 1996. – 283 с.

10. Хомоненко А.Д. Базы данных. / А.Д. Хомоненко - СПб.: "Корена принт" - Санкт-Петербург, 2000. – 408 с.

11. Нортон П. Персональный компьютер: аппаратно -программная организация. / П. Нортон - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 848 с.

12. Калиниченко Л.А. Стандарт систем управления объ­ектными базами данных ODMG-93: Краткий обзор и оценка состояния. / Л.А. Калиниченко // СУБД. - 1996. № 3. - С. 44-59.

13. Дорот В. Толковый словарь компьютер­ной лексики. / В. Дорот, Ф. Новиков - СПб: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 384 с.

14. Чепурной В. Устройства хранения информации. / В. Чепурной - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. – 208 с.

15. Ищенко В.В. Информационная модель автоматизиро­ванного проектирования технологических процессов литейно­го производства / В.В. Ищенко // Литейное производство. М. 1976. № 12. - С. 2-6.

16. Гаффин А. Путеводитель по глобальной компьютер­ной сети Internet. Everybody's guide to the Internet. / А. Гаффин - M: ТПП Сфера, 1995. – 270 с.

17. Юрасов В.Г. Информа­ционные сети: учеб. пособие. / В.Г. Юрасов, П.В. Юрасов, Е.А. Гончаров // Воронеж: ВГТУ, 2000. – 115 с.

18. Остоцкий Л. Информационные техноло­гии в металлургии. / Л. Остоцкий, Ю. Ипатов - Магнитогорск: Центр АСУ ММК, [e-mail], [e-mail]. С. 6.

19. Финкельберг Б. Особенности использования СУБД ORACLE при построении АСУ металлургическим предпри­ятием / Б. Финкельберг // Oracle Magazine (русское издание), 1997. №1. - С. 17-19.

20. Сайгин Ю. Создание приложений Web к базам данных Oracle / Ю. Сайгин, Б. Филимонов, Н. Глонти // СУБД , 1996. № 5-6. - С. 10-18.

21. Дубова Н. Системы управления производственной информацией / Н. Дубова // Открытые системы. 1996. № 3. - С. 63-68.

СОДЕРЖАНИЕ

Принятые обозначения……………………………………. 1

1. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ

И ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ…………………………….. 3

2. ОСНОВЫ СЕТЕВЫХ И КОММУНИКАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ………………………………………… 9

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ INTERNET/INTRANET…… 25

4. ОСНОВЫ МУЛЬТИМЕДИА ТЕХНОЛОГИЙ…….…..44

5. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛИТЕЙНО- МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ...52

Библиографический список ...62

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к проведению практических занятий, выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Информационные технологии в металлургии» для студентов направления 150400.62 «Металлургия», профиля «Технология литейных процессов» очной формы обучения