Информационное обеспечение асу на основе распределенных баз данных.

Распределенные базы данных (РБД) находят все более широкое применение в связи с массовым распространением «сетевых» технологий.

Теория создания, использования и функционирования РБД имеет свои особенности по сравнению с централизованными БД.

Базы данных явились в значительной мере следствием развития АСУ. Первоначально АСУ строились по централизованному принципу: данные из источников передавались в центральный вычислительный центр с суперЭВМ и там обрабатывались. В силу этого базы данных первоначально назывались банками данных.

К концу 1980-х годов возникли новые условия работы для БД: большие объемы информации возникли во многих местах; источником большого количества данных мог быть и центр, но к этим данным требовался быстрый доступ с периферии (географически распределенное производство, работающее по одному графику). К тому же данные могли запрашиваться и центром, и удаленными потребителями. Появилось большое количество данных, которые должны использоваться в срочных запросах.

К достоинствам РБД относятся:

— соответствие структуры РБД структуре организаций;

— гибкое взаимодействие локальных БД;

— широкие возможности централизации узлов;

— непосредственный доступ к информации, снижение стоимости передач (за счет уплотнения и концентрации данных);

— высокие системные характеристики (малое время отклика за счет распараллеливания процессов, высокая надежность);

— модульная реализация взаимодействия, расширения аппаратных средств, возможность использования объектно-ориентированного подхода в программировании;

— возможность распределения файлов в соответствии с их активностью;

— независимые разработки локальных БД через стандартный интерфейс.

Вместе с тем РБД обладают более сложной структурой, что вызывает появление дополнительных проблем (избыточность, несогласованность данных по времени, согласование процессов обновления и запросов, использования телекоммуникационных ресурсов, учет работы дополнительно подсоединенных локальных БД, стандартизация общего интерфейса, усложнение защиты данных) согласования работы элементов.

Распределенная база данных (РБД) — система логически интегрированных и территориально распределенных БД, языковых, программных, технических и организационных средств, предназначенных для создания, ведения и обработки информации. Это означает, что информация физически хранится на разных компьютерах, связанных сетью передачи данных. Любой узел (участок) может выполнять приложение и участвовать в работе по крайней мере одного приложения.

Большинство требований, предъявляемых к РБД, аналогично требованиям к централизованным БД, но их реализация имеет свою, рассмотренную ниже, специфику. В частности, в РБД иногда полезна избыточность.

Дополнительными специфическими требованиями являются:

— доступ должен быть коллективным к любой области РБД с соответствующей защитой информации;

— подсхемы должны быть определены в месте сосредоточения алгоритмов (приложений, процессов) пользователя;

— степень централизации должна быть разумной;

— необходимы сбор и обработка информации об эффективности функционирования РБД.

 

Архитектура системы архивирования в SCADA-системах.

Для работы с базами данных истории в большинстве систем управления используются СУБД MS SQL Server или MySQL (Oracle).

Наиболее часто применяются следующие схемы архивирования:

1. Каждая операторская станция накапливает на своем жестком диске собственный архив (или определенную часть архива) независимо от работы других станций. При этом станция имеет доступ как к своему архиву, так и к архиву, хранящемуся на соседней станции. Как правило, на каждой операторской станции устанавливается СУБД на базе SQL для ведения журнала аварийных сигнализаций и журнала действий оператора. Во многих системах архив процессных переменных также записывается в локальную базу данных и обслуживается движком на базе SQL. При такой схеме архивы, хранящиеся на разных станциях, не синхронизируются и поэтому могут значительно отличаться друг от друга. Такая организация архивирования больше характерна для систем с одиночными операторскими станциями.

2. При клиент-серверной архитектуре операторского уровня история накапливается и хранится на общем сервере. В случае использования резервированной пары серверов система обеспечивает идентичность хранящихся на них экземпляров архива, проводя их периодическую синхронизацию. Операторские станции получают по запросу архивные данные от общего сервера (или серверов). Работа с архивами организуется с помощью СУБД на базе SQL.

3. Для долговременного хранения истории часто выделяют отдельный центральный сервер архива (central archive server, CAS). Как правило, это мощная серверная платформа с дисками большой емкости или даже RAID-массивом. Главное предназначение CAS – это сбор и хранение технологической истории в течение нескольких лет.

CAS берет исторические данные с общего сервера, обеспечивает их хранения и поставляет их операторским станциям (как, впрочем, и любому другому обратившемуся к ним клиенту). Такая схема архивирования позволяет освободить общий сервер и операторские станции от такой ресурсоемкой задачи как сбор истории. В некоторых системах сервер CAS резервируется.

Система архивирования должна отвечать следующим требованиям:

1. Большая глубина (продолжительность) архива. Выражается в способности непрерывного архивирования технологических переменных в течение нескольких лет. Архив накапливается в виде последовательно создаваемых частей определенного размера. Когда суммарный размер всех частей достигает угрожающего размера, система автоматически пересылает самые старые части на Backup-сервер или осуществляет их запись на съемный накопитель, тем самым высвобождая место под новые.

2. Производительность (скорость архивирования) и максимальное количество архивируемых переменных. Это достигается путем модификации стандартной СУБД (например, надстройки над SQL-сервером), что позволяет добиться более высокой скорости работы с базой данных, чем в обычных офисных приложениях. Например, продукт Wonderware Industrial SQL Server версии 9.0 позволяет записывать до 2000 аналоговых переменных в секунду и поддерживает в сумме до 60000 переменных, а система SIMATIC PCS7 Central Archive Server – до 120000 переменных.

3. Поддержка открытых коммуникационных протоколов. Доступ к архиву со стороны клиентов должен быть возможен с использованием стандартных, всем известных протоколов (например, OPC) или с использованием SQL-запросов. Это требование связано с тем, что архивом пользуются не только операторские станции, входящие непосредственно в состав SCADA-систем, но и сторонние пользователи такие как: удаленные клиенты, серверы приложений MES-систем (рабочая станция начальника цеха) и т. д.

ERP-системы. Планирование потребности в ресурсах.

Системы планирования потребностей в ресурсах определяют количество и время всех производственных ресурсов, необходимых, чтобы произвести конечную продукцию, заданную в графике выпуска продукции. Производственные ресурсы включают материалы и полуфабрикаты, покупные изделия, изделия собственного производства, персонал, финансы и производственные мощности.

На рис. 2.5 показаны основные элементы систем планирования потребностей в ресурсах. Здесь выясняется, можно ли получить необходимые материальные ресурсы от поставщиков и достаточны ли производственные мощности, чтобы обеспечить выполнение графика выпуска продукции. Если экономически обоснованные возможности недостаточны, то график должен быть изменен. После того как определено, что график выпуска продукции допустим, планы потребностей в материальных ресурсах и мощностях становятся ядром краткосрочного плана производства. Исходя из плана потребностей в материальных ресурсах службы снабжения формируют план поставок всех приобретаемых материальных ресурсов, а службы управления производством составляют оперативные производственные планы.

Ниже описываются два основных элемента систем планирования потребностей в ресурсах — планирование материальных потребностей (MRP) и планирование потребностей в мощностях (CRP).

Планирование материальных потребностей базируется на том, что они определяются как зависимые. Спрос на ресурсы определяется как сумма потребностей по всем видам продукции, которые должны быть произведены.

Подсистема MRP выполняет следующие функции:

— воспринимает информацию MPS (графика выпуска продукции - Master Production Scheduling);

— рассчитывает на основе MPS потребности в материалах, полуфабрикатах, DCE по интервалам планового горизонта;

— уменьшает эти потребности для тех материальных ресурсов, которые есть в запасах;

— строит график заказов на приобретение и производство в планируемом периоде.

MRP обеспечивает управленцев информацией, которая позволяет выдерживать сроки поставки продукции заказчикам и обеспечивает своевременность выполнения внутренних заказов в ходе производственного процесса.

Подсистема CRP выбирает информацию о заказах, порожденную в планах MRP, и приписывает заказы к рабочим местам в соответствии с маршрутными технологиями. В маршрутных технологиях задана последовательность производственных процессов для каждого заказа. Затем информация о партиях материальных ресурсов преобразуется в данные о нагрузке на мощности на основе норм затрат труда и времени работы оборудования. Затем составляются графики нагрузки по всем заказам для каждого рабочего места. Если мощность достаточна по всем рабочим местам во всех временных периодах, то график MPS утверждается. Если нет, то должно быть выяснено, нельзя ли изменить мощности каким-либо рациональным способом — за счет сверхурочных, установки дополнительного оборудования или передачей заказов на сторону по субконтракту. Если таких возможностей нет, то необходимо пересмотреть маршруты с целью снижения нагрузки на «узкие места» или пересмотреть график выпуска с точки зрения изменения в первую очередь сроков запуска и, если возможно, сроков выпуска.

 

Концепция MRP, MRP-2

На предприятиях со сложным многономенклатурным производством, была основной задачей является расчет материальных потребностей на производственную программу.

Ранние системы, решавшие эту задачу, получили название MRP (Material Requirements Planning — «Планирование материальных потребностей»). Постепенно был совершен переход от автоматизации управления производством на уровне локальных задач к интегрированным системам, охватывающим выполнение всех функций управления производством. Итогом этого процесса явились системы, получившие название MRP-2 (Manufacturing Resource Planning — «Планирование производственных ресурсов»).

Бизнес-планирование. Процесс формирования плана предприятия наиболее высокого уровня. Планирование долгосрочное, план составляется в стоимостном выражении. Наименее формализованный процесс выработки решений.

Планирование продаж и деятельности предприятия в целом. Бизнес-план преобразуется в планы продаж основных видов продукции (как правило, от 5 до 10). При этом производственные мощности могут не учитываться или учитываться укрупненно. План носит среднесрочный характер.

Планирование производства. План продаж по видам продукции (семейства однородной продукции) преобразуется в объемный или объемно-календарный план производства видов продукции. В этом плане впервые в качестве планово-учетных единиц выступают изделия, но представления о них носят усредненный характер. Например, речь может идти обо всех легковых переднеприводных автомобилях, выпускаемых на заводе, без уточнения моделей. Часто этот модуль объединяется с предыдущим.

Формирование графика выпуска продукции. План производства преобразуется в график выпуска продукции. Как правило, это среднесрочный объемно-календарный план, задающий количества конкретных изделий (или партий) со сроками их изготовления.

Планирование потребностей в материальных ресурсах. В ходе планирования на этом уровне определяются, в количественном выражении и по срокам, потребности в материальных ресурсах, необходимых для обеспечения графика выпуска продукции.

Планирование производственных мощностей. Как правило, в этом модуле выполняются расчеты по определению и сравнению располагаемых и потребных производственных мощностей. С небольшими изменениями этот модуль может применяться не только для производственных мощностей, но и для других видов производственных ресурсов, способных повлиять на пропускную способность предприятия. Подобные расчеты, как правило, производятся после формирования планов практически всех предыдущих уровней с целью повышения надежности системы планирования. Иногда решение данной задачи включают в модуль соответствующего уровня.

Оперативное управление производством. Здесь формируются оперативные планы-графики. В качестве планово-учетных единиц могут выступать детали (партии), сборочные единицы глубокого уровня, детале-(партие) операции и т. п. Период, охватываемый планированием, невелик (от нескольких дней до месяца).