Применение в учебном процессе компьютерного моделирования систем автоматизации технологических процессов

№

Операция

Ответственный

Срок

Входящие документы

Детальное описание операции

Исходящие документы

2

3

4

5

6

7

Создание координационной группы по процедуре РРАР

Директор по закупкам и логистике

Январь

текущего

года

Требования Для

ГОСТ Р 51814.4 координации

«Одобрение работ по

производства процедуре

автомобильных РРАР на

компонентов» предприятии

создается

координа-

ционная

группа, в

которую

входят

руководители

и специалис-

ты дирекции

по закупкам и

логистике,

дирекции по

развитию,

управлению

качеством,

главный

конструктор.

Для этого

издается

ежегодный

приказ в

январе

месяце

текущего года

Приказ

1

1

1.3.2 В качестве ключевых показателей эффективности для процесса одобрения производства автомобильных компонентов принимаются:

- уровень несоответствия продукции поставщика PPM.

1.3.3 Для контроля за достижением целей процесса одобрения производства автомобильных компонентов устанавливаются следующие процедуры и правила:

- наличие согласованной папки процесса одобрения производства автомобильных компонентов (PPAP);

- подписание одобрения на производство;

- уровень несоответствия продукции (PPM).

Разработанные проекты стандартов организации по

одобрению производства автомобильных компонентов и обучению персонала были одобрены и приняты к внедрению на ООО «КАВЗ», а их авторы получили благодарственное письмо от руководства предприятия.

Таким образом, переход на разработку и внедрение стандартов организации является приоритетной задачей ООО «КАВЗ», в решении которой предприятию оказывают посильную помощь сотрудники и студенты Курганского государственного университета.

УДК 681.51

Н.Б. Сбродов, Д.Ю. Туйков, И.В. Ткач Курганский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Аннотация. В данной статье рассмотрены вопросы применения в учебном процессе программных пакетов CIROS Mechatronics и FluidSIM.

Ключевые слова: моделирование, автоматизация, учебный процесс.

N.B. Sbrodov, D.Yu. Tuykov, I.V. Tkach Kurgan State University

APPLICATION OF COMPUTER MODELING OF ENGINEERING PROCESSES AUTOMATION SYSTEMS IN EDUCATION

Abstract. This paper describes how to apply software

packages CIROS Mechatronics and FluidSIM in education.

Keywords: modeling, automation, education.

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение систем автоматизации технологических процессов привело, с одной стороны, к существенному сокращению количества работников, занятых в производстве, а с другой стороны, повысило роль персонала, занятого проектированием и сопровождением указанных систем. Даже небольшой по времени простой современных автоматизированных технологических комплексов, характеризующихся высокой производительностью и стоимостью, приводит к значительным экономическим потерям.

Названные факторы способствовали возникновению целого комплекса задач по проектированию, диагностированию и техническому обслуживанию систем автоматизации технологических процессов. Решение данных задач предопределяет большую потребность в высококвалифицированных специалистах, владеющих знаниями и умениями в сфере технического и программного обеспечения автоматизированных систем.

1 Компьютерное моделирование систем автоматизации в виртуальной среде CIROS Mechatronics

1.1 Функциональные возможности пакета CIROS Mechatronics

При подготовке бакалавров по направлениям 220400.62 «Управление в технических системах» и 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» на кафедре автоматизации производственных процессов широко применяются компьютерные технологии, позволяющие создавать реалистичные трёхмерные модели сложных систем промышленной автоматизации. Исследование динамики указанных систем в виртуальной среде CIROS Mechatronics обеспечивает принятие корректных решений на этапах проектирования и ввода в эксплуатацию системы без риска повреждения сложных мехатронных узлов и создания нештатных ситуаций с позиций техники безопасности для персонала [1].

Программный пакет CIROS Mechatronics представляет собой виртуальную учебную среду для специалистов в сфере промышленной автоматизации. Особое внимание в названном программном пакете уделяется автоматизированным системам управления, реализованным на базе программируемых контроллеров серии SIMATIC S7-300 компании Siemens. Пакет CIROS Mechatronics является инструментом, с помощью которого можно проводить отладку программ управления контроллеров, находить ошибки в реализации алгоритмов управления, выявлять возможные столкновения исполнительных механизмов объекта управления. Существует возможность моделирования практически любых ситуаций при отказе технологического оборудования. Программный пакет поддерживает специальные функции, обеспечивающие анализ сигналов управления на приводы объекта и информационных сигналов с измерительных преобразователей.

Программный пакет CIROS Mechatronics обеспечивает:

1 Возможность выбора из обширной библиотеки требуемой динамической 3D-модели автоматизированного технологического процесса.

2 Возможность незамедлительного управлению -компьютерными моделями реального оборудования с помощью интегрированного виртуального контроллера и прикладной среды программирования STEP 7.

3 Возможность управления в ручном режиме компьютерной моделью, что позволяет выполнять шаговые перемещения исполнительными устройствами и объединять их в последовательность операций, не прибегая к программированию. Пример вида окна ручного управле-

ния представлен на рисунке 1.

4 Возможность обеспечения высокоэффективной симуляции с разнообразными сценариями, включая неправильную юстировку датчиков. Создание ошибок защищено паролем.

5 Протоколирование поиска и устранения ошибок, а также анализ результата данных работ.

Все перечисленные возможности программного пакета CIROS Mechatronics позволяют создавать эффективные тренинги по вводу автоматизированных систем в эксплуатацию и поиску неисправностей в виртуальной среде.

1 - список сигналов управления; 2 - список сигналов состояния; 3, 4 - интерактивный световой индикатор состояния сигнала; 5, 6 - индекс сигнала; 7, 8 - обозначение сигнала

Рисунок 1 - Окно ручного управления компьютерной моделью

1.2 Пример использования виртуальной среды CIROS Mechatronics

Применение виртуальной среды CIROS Mechatronics в учебном процессе показано на примере компьютерного моделирования технологического модуля роботизированной сборки изделий, входящего в состав автоматизированной производственной системы MPS210 фирмы FESTO (рисунок 2).

Данный технологический модуль реализован на базе промышленного робота RV-2SDB компании Mitsubishi. В приводах робота применены сервомоторы с абсолютными энкодерами. В составе системы управления используется мощный и компактный контроллер модели CR1D и пульт обучения робота Teachbox, что делает модуль роботизированной сборки полнофункциональной единицей.

1 - многофункциональный схват; 2 - сборочная площадка; 3 - собранный узел; 4 - загрузочный лоток станции сортировки Рисунок 2 - Компьютерная модель модуля роботизированной сборки

С помощью многофункционального схвата 1 (рисунок 2) промышленный робот последовательно переносит из накопителей на сборочную площадку 2 различные детали собираемого пневматического цилиндра (корпус, поршень со штоком, пружину, крышку). Разнообразные датчики, вмонтированные в схват робота, обеспечивают идентификацию деталей по типоразмеру, материалу, цвету и пр. Датчики, установленные на сборочной площадке, контролируют угловую ориентацию заготовок. Собранный узел 3 перемещается роботом на последующий технологический модуль - станцию сортировки.

Сложность алгоритма роботизированной сборки, сложные траектории движения деталей, высокие скорости перемещения по координатным осям (до 4,4 м/с) не исключают возникновения аварийных ситуаций при отладке некорректных прикладных программ управления на реальном оборудовании.

Компьютерное моделирование позволило в динамике выявить некорректное задание в программе управления координатных перемещений приводов робота при переносе собранного изделия 3 на станцию сортировки (рисунок 2) и вызванное этим столкновение с загрузочным лотком 4 станции сортировки. Применение программного пакета CIROS Mechatronics обеспечило эффективный поиск ошибок и корректировку программного обеспечения, что исключило повреждение сложных ме-хатронных узлов реального дорогостоящего оборудования.

2 Моделирование систем электропневмоавтоматики на основе программного пакета FluidSIM

2.1 Функциональные возможности пакета FluidSIM

Системы электропневмоавтоматики являются одним из основных классов систем промышленной автоматизации. Интеграция электрических и пневматических устройств автоматики играет важную роль в решении многих задач, связанных с разработкой и реализацией современного мехатронного оборудования.

В этих условиях инженеру, занимающемуся проектированием, наладкой и эксплуатацией систем электропневмоавтоматики, важно знать их структурно-функциональную организацию, технические параметры аппаратных средств, методы автоматизированного проектирования и моделирования указанных систем с использованием инструментального программного обеспечения. Именно к такому типу программных средств относится программный пакет FluidSIM [1].

Программный пакет FluidSIM предназначен для моделирования пневматических и электропневматических схем на этапе принятия схемотехнического решения. Моделируемая схема представляется схемой в условных графических обозначениях (символах). Принятые для обозначения символы пневматических и электрических элементов в FluidSIM такие же, как и условные графические обозначения, применяемые при составлении пневматических и электрических схем. Они соответствуют символам DIN, ISO, SAE и ГОСТ. Данный программный пакет позволяет автоматизировать процесс создания электропневматической схемы и проверять ее работоспособность, благодаря реалистичному динамическому моделированию.

Применение программного пакета FluidSIM в учебном процессе дополнительно обеспечивает получение студентами знаний в области пневматики, так как поддержано текстовыми описаниями, фотографиями и анимационными иллюстрациями, поясняющими принцип работы используемых компонентов.

2.2. Пример использования пакета FluidSIM

На рисунке 3 показаны временные диаграммы ра-

боты пневматического привода магазинного модуля загрузки заготовок.

Проектирование в программном пакете FluidSIM системы электропневмоавтоматики для управления указанным приводом включает в себя два этапа: проектирование пневматической схемы и проектирование электрической схемы.

Рисунок 3 - Временные диаграммы работы пневматического привода

При разработке пневматической схемы из библиотеки, входящей в состав FluidSIM, выбираются следующие элементы: пневматический цилиндр двухстороннего действия, два дросселя с обратными клапанами, 5/2-распре-делитель, компрессор на 6 Бар и два манометра. Использование удобного и наглядного интерфейса программы позволяет студентам создать пневматическую схему привода.

При проектировании электрической схемы из библиотеки элементов студенты выбирают необходимые электрические и электронные компоненты: логический модуль, шины питания 0В и 24В, датчики положения исполнительного устройства (путевые выключатели), кнопки ручного управления («Пуск» и «Стоп»), электромагнит, управляющий пневматическим распределителем и пр. Выбранные элементы образуют электрическую схему системы управления. Затем в логическом модуле, используя основные логические элементы (элементы «И», «ИЛИ», «НЕ») и RS-триггеры, создается программа (рисунок 4), реализующая заданный алгоритм управления.

Рисунок 4 - Программирование логического модуля

На следующем этапе проектирования создается единая электропневматическая схема системы управления (рисунок 5). Используя аппарат меток, выполняется привязка управляемого пневмооборудования к управляющим и информационным сигналам электрооборудования.

На заключительном этапе выполняется компьютерное моделирование работы в динамическом режиме системы электропневмоавтоматики (рисунок 5). Применение элементов анимации, выделения цветом и других визуальных средств обеспечивает очень наглядный интерфейс в среде FluidSIM, позволяющий студентам глубоко уяснить суть полученных технических решений.

Рисунок 5 - Электропневматическая схема в режиме моделирования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные программные пакеты CIROS Mechatronics и FluidSIM является относительно простыми, но в то же время достаточно эффективными средствами для проектирования и компьютерного моделирования систем промышленной автоматизации. Они позволяют существенно сократить время разработки и отладки прикладных программ для автоматизированных систем управления технологическими объектами. Становится возможным практически исключить ошибки в программировании микропроцессорных средств управления и уменьшить вероятность выхода из строя исполнительных устройств сложного технологического оборудования.

Применение в учебном процессе данных компьютерных технологий обеспечивает повышение уровня бакалаврской подготовки выпускников по направлениям 220400.62 и 220700.62.

Список использованных источников

1 URL: http://www.festo-didactic.com/

УДК 004.4.056

Д.И. Дик, В.М. Солодовников

Курганский государственный университет

ОЦЕНКА УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА КОЛИЧЕСТВА ОШИБОК В ПРОГРАММНОМ КОДЕ

Аннотация. В работе предлагается способ количественного оценки уровня безопасности программного обеспечения информационной системы, а также описывается метод вычисления данной оценки. Метод основывается на использовании моделей надежности программного обеспечения для оценки количества уязвимо-стей, оставшихся в программном коде информационной системы. Также в работе предлагается новая модель

оценки надежности программного обеспечения, позволяющая выполнять оценку в условиях непрерывной модификации программного кода.

Ключевые слова: безопасность информационной системы; модель оценки уровня безопасности; ошибки в программном коде; надежность программного обеспечения.

D.I. Dik, V.M. Solodovnikov Kurgan State University

ASSESSMENT OF THE INFORMATION SYSTEM RELIABILITY LEVEL BASED ON THE NUMBER OF MISTAKES IN THE PROGRAMMING CODE ANALYSIS

Abstract. The paper proposes a method for quantitative assessment of an information system software security level and describes a method for calculating the assessment. The method is based on the use of software reliability models to estimate the number of vulnerabilities that remain in the information system code. The paper а^ proposes a new model for evaluating the reliability of the software which allows to carry out assessment in a continuous modification of code.

Keywords: information system security; security level assessment model; mistakes in the programming code; software reliability.

Уровень безопасности информационных систем определяется многими факторами. Не последнее место среди них занимает безопасность программного обеспечения. Проблема безопасности программного обеспечения имеет, по крайней мере, два аспекта: обеспечение и оценку (измерение). Практически вся имеющаяся литература посвящена первому аспекту а вопрос оценки безопасности компьютерных программ недостаточно проработан. Несмотря на важность такой оценки, никакой общепринятой количественной меры безопасности программ до сих пор не существует.

Если не рассматривать ситуацию умышленного внедрения в код программ закладок, то проблема безопасности программного обеспечения связана с присутствием в нем ошибок.

Все программное обеспечение имеет некоторое количество ошибок. Средний для отрасли показатель примерно 1-25 ошибок на 1000 строк кода в готовом программном обеспечении, разрабатывавшемся с использованием разных методик [1], причем от 10 до 20% ошибок в программном коде являются серьезными [2].

Исходя из вышесказанного, безопасность программного обеспечения напрямую зависит от количества ошибок в его программном коде. Таким образом, количество присутствующих в программном коде ошибок может рассматриваться как мера оценки безопасности информационной системы.

В области анализа надежности программного обеспечения к настоящему времени разработан ряд моделей оценки количества оставшихся в программном коде ошибок.

Модели надежности программных средств можно разделить на аналитические и эмпирические [3]. Аналитические модели (модели роста надежности/software reliability growth models [4]) рассчитывают количественные показатели надежности, основываясь на данных о поведении программного обеспечения в процессе тестирования. Эмпирические модели (defect density models