1.3. Стадии проектирования

Стадии проектирования наиболее крупные части проектирования как процecca, развивающегося во времени. В общем случае выделяют стадии научно-исследо-вательских работ (НИР), эскизного проекта или опытно-конструкторских работ, технического, рабочего проектов, испытаний опытных образцов или опытных партий. Стадию НИР иногда называют предпроектными исследованиями или стадией технического предложения. Очевидно, что по мере перехода от стадии к стадии степень подробности и тщательность проработки проекта возрастают, и рабочий проект должен быть вполне достаточным для изготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием является понятие этапа проектирования.

Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями, например, при анализе прочности детали сеточными методами операциями могут быть построение сетки, выбор или расчет внешних воздействий, собственно моделирование полей напряжений и деформаций, представление результатов моделирования в графической и текстовой формах. Проектирование сводится к выполнению некоторых последовательностей проектных процедур – маршрутов проектирования.

Иногда разработку ТЗ на проектирование называют внешним проектированием, а реализацию ТЗ – внутренним проектированием.

Весь процесс создания САУ делится на ряд стадий, установленных стандартом. Наименования ряда стадий совпадают с наименованиями соответствующих документов  (или комплектов документации). В соответствии со стандартом предусмотрены две предпроектные стадии: «Технико-экономическое обоснование» и «Техническое задание», две проектные: «Технический проект» и «Рабочий проект», а также стадии «Ввод в действие» и «Анализ функционирования», которые можно условно назвать стадиями реализации системы. Каждую стадию создания САУ принято подразделять на этапы.

Предпроектные стадии

1) Технико-экономическое обоснование (ТЭО).

Основная цель работ, выполняемых на этой стадии, состоит в формировании обоснованного предложения заказчика о создании САУ с определенными основными функциями и техническими характеристиками. Ответственность за разработку технико-экономического обоснования системы несёт заказчик, а основанием для выполнения стадии является решение руководства предприятия или вышестоящих организаций. Для достижения указанной выше цели проводится анализ известных случаев применения САУ для аналогичных объектов  и обследование существующей системы управления, что позволяет в случае положительного решения разработать обоснованные с позиций заказчика исходные технические требования к САУ.

Разработка ТЭО в общем включает в себя следующие этапы :

а) Организация разработки ТЭО. На этом этапе определяется программа работ, необходимых для формулирования обоснованного предложения целесообразности создания  САУ и выработки исходных технических требований к системе. При этом следует иметь в виду, что стадия ТЭО имеет принципиальное значение и оказывает влияние на содержание и результат работ на последующих стадиях создания системы и ее качество.

Поэтому работы стадии  ТЭО должны планироваться  особенно полно и тщательно.

б) Обследование объекта и существующей системы управления должно быть направлено на выявление главных признаков ожидаемой эффективности создаваемой САУ. Содержательно этап сводится к тщательному изучению и анализу действующей  системы и объекта управления. Анализ объекта и существующей системы управления должен быть детальным, достаточно полным и объективным. В результате проведения этапа должны быть выявлены «узкие места», вскрыты причины потерь, неиспользованные резервы производства, установлены причины аварий, брака и другие подобные обстоятельства. При проведении обследования основное внимание должно быть уделено определению технологического потенциала объекта управления, т. е. существующего запаса по производительности и повышению качества выходной продукции, определяемого, в первую очередь, конструкцией агрегата, свойствами входных продуктов и потенциалом управления, т. е. предельными значениями тех же параметров, которые могут быть достигнуты путем оптимизации управления  при наличии САУ.

в) Основная цель третьего, завершающего этапа стадии ТЭО состоит в установлении функционального назначения предполагаемой к разработке САУ, предварительной оценке затрат на ее создание и эффективности, связанной с устранением выявленных недостатков существующей системы управления. Основные результаты работ этапа оформляются в виде технико-экономического обоснования создания САУ ТП, в котором изложение исходных технических требований к САУ сводится к четкому и упорядоченному перечислению желаемых функций создаваемой САУ и требований к качеству их выполнения (по быстродействию, надежности, метрологии и т. п.). Здесь же приводится предварительный расчет ожидаемых показателей технико-экономической эффективности САУ данным технологическим объектом, выполненный по соответствующей утвержденной методике.

2) Техническое задание (ТЗ).

Основная цель работы данной стадии заключается в подтверждении целесообразности и детальном обосновании возможности создания эффективной САУ с определенными функциями и техническими характеристиками, сформулированными заказчиком в ТЭО. Для  достижения этой цели исходные технические требования к САУ перерабатываются на основании результатов предпроектных НИР и ОКР в обоснованное, согласованное и утвержденное «Техническое задание на создание САУ», являющееся основным документом, на соответствие которому осуществляется проверка системы при ее передаче в промышленную эксплуатацию. Ответственность за разработку техни-ческого задания на создание САУ несет исполнитель – основной разработчик системы.

Исходными материалами для работ стадии «Техническое задание» являются технико-экономическое обоснование создания САУ с исходными техническими требованиями на систему (функциональными и технико-экономическими). Основными выходными документами стадии «Техническое задание» являются техническое задание  на создание САУ, технико-экономическое обоснование намеченных в техническом задании решении и научно-технический отчет (отчеты), содержащий результаты проведенных предпроектных исследований и эскизной проработки САУ. Техническое задание на создание САУ и технико-экономическое обоснование являются обязательными исходными документами для проведения научно-исследовательских и проектных работ на последующих стадиях технического и рабочего проектирования. Предпроектные научно-исследовательские работы стадии ТЗ направлены в основном на изучение наиболее сложных задач управления данным объектом для предварительного выбора методов их решения. Методически этот этап сводится к выполнению следующих работ: анализ технологического процесса как объекта управления; анализ информационных потоков, формулировка критерия управления и ограничений; разработка предваритель

ных математических моделей технологического процесса и измерений; формулировка задач синтеза алгоритмов контроля и управления и предварительный выбор методов их решения; формулировка постановок функциональных задач системы. Последняя работа заключается в определении функций, которые должна реализовать система, и в уточнении требований к их выполнению. Одновременно производится предварительная оценка возможности реализации этих функций с помощью современных средств автоматизации  и вычислительной техники. Как правило, такие исследования проводятся в лабораторных условиях аналитическими методами  или путем экспериментального моделирования в вычислительных центрах на универсальных ЭВМ.

Техническое задание на создание САУ, составленное на основе предварительной эскизной проработки системы, должно содержать вводную часть и следующие разделы:

- характеристика технологического объекта управления;

- назначение САУ;

- технико-экономические показатели САУ;

- требования к САУ;

- требования  к заказчику по подготовке объекта;

- состав и содержание работ  по созданию САУ;

- порядок сдачи системы.

Техническое задание утверждается министерством (ведомством) разработчика и министерством (ведомством) заказчика и должно быть согласовано со всеми организациями участниками работ (соисполнителями).

Проектные стадии

1) Технический проект.

Целью работ, выполняемых на стадии «Технический проект», являются обоснование и разработка основных технических решений по создаваемой системе и определение ее сметной стоимости.

Основанием для выполнения работ является наличие утвержденного ТЗ на создание системы и документа об их финансировании. Основные участники работ – генеральный разработчик, обычно системный институт, а соисполнитель – проектная организация.

Исходными материалами для разработки технического проекта являются:

- утвержденное ТЗ на создание САУ;

- технико-экономическое обоснование системы;

-  научно-технический отчет на стадии ТЭО о работах, проведенных на этапах «Предварительное обследование автоматизируемого технологического процесса», «Предпроектные научно-исследовательские работы» и «Эскизная проработка САУ»;

-  исходные данные заказчика о САУ, помещениях и сооружениях, электроснабжении и другие, необходимые в процессе проектирования.

На стадии «Технический проект» участники проводят необходимые исследовательские и проектные работы по следующим этапам.

На этапе «Системотехнический синтез САУ» прорабатываются основные решения по системе в целом (схемы функциональной и организационной структур САУ, описания постановок функциональных задач и др.).


На этом же этапе составляются задания на работы по проектированию САУ, поручаемые организациям-соисполнителям. Задания, кроме общих и организационных вопросов, должны определять точное наименование и состав поручаемой работы, ее объем и место в проекте САУ, технические требования, перечень основных выходных документов и т. д.

«Аппаратурно-технический синтез» посвящается определению характеристик информационно-измерительных каналов, структуры  комплекса технических средств системы, функциональных схем автоматизации и т. п.

«Разработка технических заданий на оперативно-диспетчерское оборудование, не выпускаемое серийно» заключается в создании технических заданий на нестандартизованное оборудование, которые передаются либо конструкторским организациям заводов-изготовителей, либо другим организациям-соисполнителям.

Этапы «Разработка сметы на создание САУ», «Расчет ожидаемой технико-экономической эффективности САУ» и «Составление патентного формуляра» завершаются составлением проектно-сметных документов. В состав общесистемной документации должны включаться пояснительная записка к техническому проекту САУ, описание постановок функциональных задач, обеспечивающих выполнение всех основных функций системы, схема функциональной структуры системы, схема организационной структуры системы, расчет ожидаемой экономической эффективности, сметы затрат на создание САУ.

Пояснительная записка к техническому проекту должна раскрывать цель и назначение САУ, суть всех проектных решений и, кроме описания общих вопросов, должна содержать разделы по видам обеспечения САУ, где приводятся соответствующие пояснения.

Схема функциональной структуры системы должна отражать все функции, выполняемые САУ. Структурными элементами схемы могут быть отдельные функции или функции, сгруппированные по каким-либо логическим признакам.

Схема организационной структуры системы показывает взаимодействие оперативного персонала САУ, пункты управления (места расположения оперативного персо

нала САУ) и связи между пунктами управления, соответствующие передаче информации (автоматически, в виде документов, по телефону и т. п.).

Расчет ожидаемой экономической эффективности САУ должен определять результирующие показатели эффективности САУ (годовой экономический эффект, срок окупаемости и коэффициент эффективности) с указанием конкретных технически обоснованных источников эффективности и социальных факторов, влияющих на результаты работы.

Смета на создание САУ включает детальный перечень затрат на научно-исследо-вательские и опытно-конструкторские работы.

Этап «Техническое проектирование специального математического и информационного обеспечения САУ» представляет собой основную совокупность работ, выполняемых генеральным разработчиком системы на стадии «Технический проект», и включает разработку всех алгоритмов, реализуемых средствами вычислительной техники общего алгоритма функционирования АСУ, и завершается выпуском задания на программирование, которое передается соисполнителю программирующей организации.

Результаты работ этапа оформляются в виде отдельного раздела (тома) технического проекта САУ.

Документация технического проекта разделяется на общесистемную, математического, информационного и технического обеспечения, конструкторские работы, приобретение и монтаж средств технического обеспечения, проектирование, разработку новых технических средств, приобретение и монтаж средств технического обеспечения.

В состав документации математического обеспечения технического проекта САУ должны включаться следующие документы:

- пояснительная записка к разделу проекта «Специальное математическое обеспечение»;

- алгоритмы контроля и управления, а также контрольных задач;

- алгоритмы функционирования системы в реальном масштабе  времени,   обеспечивающие работоспособность, надежность и возможность развития системы в пределах, указанных в техническом задании;

- алгоритмы контрольных задач, которые должны обеспечивать контроль правильности функционирования КТС;

- задание на программирование, которое должно содержать описание алгоритмов, указание о конфигурации технических средств языке программирования, операционной системе и др.

В состав документации информационного обеспечения технического проекта  САУ должны включаться следующие документы:

- пояснительная записка к разделу «Информационное обеспечение»;

- перечень входных сигналов и данных, в которых приводятся входные измеряемые (аналоговые и дискретные) и инициативные сигналы, поступающие в информационно-управляющий комплекс, и их характеристики;

- перечень выходных сигналов и документов, включая способы представления выходной информации и ее дальнейшего использования при выполнении функций системы;

- схема сбора, обработки и использования информации с указанием видов устройств и процедур.

В состав документации технического обеспечения, входящей в технический проект САУ, должны включаться в основном следующие документы:

- пояснительная записка к разделу «Техническое обеспечение»;

- структурная схема КТС, которая определяет состав комплекса технических средств САУ и основные  взаимосвязи в нем; структурными элементами схемы могут быть отдельные средства или группы средств, объединенные по каким-либо логиче

ским признакам (например, можно сгруппировать средства, обеспечивающие выполнение отдельных или нескольких функций САУ отдельных или нескольких систем автоматизации технологических процессов), можно принять группировку по назначению средств (для получения, формулирования передачи, переработки информации и т.д.), а также по другим признакам;

- структурная схема вычислительного (информационного) комплекса, которая раскрывает состав и построение ВК;

- планы расположения пунктов управления, щитов, пультов, средств вычислительной техники и т. п.;

- ведомости (перечни) приборов и средств автоматизации, средств телемеханики, вычислительной техники, электроаппаратуры, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, нестандартизованного оборудования и др.

2) Рабочий проект.

Целью работ, выполняемых на стадии «Рабочий проект», является выработка рабочих решений по создаваемой системе с выпуском проектно-сметной документации, необходимой и достаточной для приобретения, монтажа и наладки комплекса технических средств системы, и документации программного и организационного обеспечения, необходимой и достаточной для наладки и эксплуатации системы.

Основанием для начала работ стадии являются утверждение технического проекта САУ и наличие документа об их финансировании. Исходными данными для выполнения рабочего проекта САУ являются утвержденное ТЗ на создание САУ, утвержденный технический проект САУ и исходные данные заказчика о САУ, здании, энергоснабжении и другие данные, необходимые в процессе проектирования. Основные участники работ, привлекаемые к выполнению стадии «Рабочий проект», определяются планом-графиком созидания САУ. Результатом стадии является выпуск документации рабочего проекта и передача заказчику специальных программ на машинных носителях. Документация рабочего проекта разделяется на общесистемную, программного обеспечения технического обеспечения, организационного обеспечения.

В состав общесистемной документации рабочего проекта должны включаться в основном следующие документы, раскрывающие общие проектные решения: пояснительная записка к рабочему проекту САУ, схема функциональной структуры системы, схема организационной структуры системы и другие общесистемные документы.

В состав документации технического обеспечения рабочего проекта должны включаться в основном следующие проектные документы: пояснительная записка к разделу технического обеспечения, схема (структурная) комплекса технических средств, схема (структурная) средств вычислительного комплекса (ВК), схемы (функциональные) автоматизации, схемы принципиальные электрические, пневматические, гидравлические и др., общие виды щитов, пультов и т. п., схемы монтажные, внешних электрических, трубных проводок и журнал кабелей и труб, планы расположения технических средств и проводок; заказные спецификации и другие материалы.

В состав организационного обеспечения проекта должны включаться техническое описание системы, инструкция по эксплуатации САУ, прочие документы (по усмотрению генерального разработчика системы).

Этап, относящийся к созданию рабочей документации программного и информационного обеспечения, имеет целью разработку программного обеспечения САУ, включающего изготовление оригиналов и копий программ специального программного обеспечения и выпуск полного комплекта программной документации, документации  информационного обеспечения функций, реализуемых с помощью программируемых средств вычислительной  техники.

Этап включает следующие работы:

- синтез полной программной структуры системы;

- анализ синтезированной структуры с целью выделения программных модулей, подлежащих непосредственному программированию и изготовлению в виде  отдельных программ;

- программирование, отладку и проверку модулей;

- изготовление программ-оригиналов, дубликатов и копий в необходимых количествах;

- разработку  и оформление программной и эксплуатационной документации системы в целом;

- разработку рабочей документации информационного обеспечения АСУ.

Результаты работ этапа представляются в виде программ на машинных носителях (оригиналы, дубликаты и копии в необходимом количестве), эксплуатационной программной документации в целом и рабочей документации

Стадия «Ввод в действие»

Целью работ на стадии «Ввод в действие» является физическая реализация системы и передача ее в промышленную эксплуатацию. Основанием для начала работ по вводу АСУ служит готовность рабочей документации; они проводятся в соответствии с планом-графиком, утвержденным организацией-заказчиком и согласованным с организацией-разработчиком и соисполнителями.

План-график работ по внедрению может предусматривать поочередный ввод системы.