Разработка системы автоматизированного проектирования документации АСУ ТП

В работе рассматривается разработка системы автоматизированного проектирования документации на автоматизированные системы управления технологическим процессов. Функционал САПР позволяет вести разработку чертежей AutoCAD в автоматизированном режиме на основе специализированных шаблонов.

Определения, обозначения и сокращения …………………………………………………. 16
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 18
1 Основная часть ……………………………………………………………………………………… 20
1.1 Анализ методов сортировки …………………………………………………………….. 20
1.1.1 Обзор методов сортировки ………………………………………………………….. 20
1.1.1.1 Сортировка массива простым выбором ………………………………….. 21
1.1.1.2 Сортировка массива простыми включениями …………………………. 22
1.1.1.3 Сортировка массива простым обменом («Метод пузырька») ….. 22
1.1.1.4 Сортировка массива сложным выбором (с помощью двоичного
дерева) ……………………………………………………………………………………………… 23
1.1.1.5 Сортировка Шелла ………………………………………………………………… 24
1.1.1.6 Сложная сортировка обменом (сортировка Хоора) …………………. 24
1.1.2 Общий анализ приведенных сортировок ……………………………………… 25
1.1.3 Теоретическое сравнение сортировки методом простых вставок и
сортировки методом пузырька …………………………………………………………….. 26
1.1.4 Разработка и программирование алгоритма сортировки методом
простых вставок ………………………………………………………………………………….. 29
1.1.5 Разработка и программирование алгоритма сортировки методом
пузырька …………………………………………………………………………………………….. 30
1.1.6 Экспериментальное сравнение разработанных алгоритмов
сортировки………………………………………………………………………………………….. 31
1.2 Назначение программных модулей системы автоматизированного
проектирования документации АСУ ТП ………………………………………………… 32
1.3 Описание программного обеспечения ………………………………………………. 32
1.4 Формирование исходных данных системы ……………………………………….. 34
1.4.1 Разработка табличной формы Excel …………………………………………….. 34
1.4.1.1 Формирование исходных данных для построения
функциональных схем автоматизации ………………………………………………. 35
1.4.1.1.1 Лист «Схемы автоматизации (основные параметры)» ……….. 35
1.4.1.1.2 Лист «Схемы автоматизации (измерение, сигнализация)» …. 39
1.4.1.1.3 Лист «Схемы автоматизации (управление)» ……………………… 41
1.4.1.1.4 Лист «Схемы автоматизации (дополнительные параметры)» 44
1.4.1.2 Формирование исходных данных для построения схем
соединения внешних проводок и кабельных журналов ……………………… 44
1.4.1.2.1 Лист «Внешние проводки (датчики)» ……………………………….. 45
1.4.1.2.2 Лист «Внешние проводки (исполнительные механизмы)»…. 47
1.4.1.2.3 Лист «Внешние проводки (прокладка)»…………………………….. 51
1.4.1.2.4 Лист «Внешние проводки (материалы)» ……………………………. 52
1.4.1.2.5 Лист «Внешние проводки (перечень сигналов для ИМ)» …… 53
1.4.1.3 Лист «Штамп»……………………………………………………………………….. 55
1.4.2 Передача исходных данных из таблицы Excel на вход программных
модулей ………………………………………………………………………………………………. 55
1.4.3 Подготовка внутренних данных ………………………………………………….. 57
1.4.3.1 Выбор чертежей для построения ……………………………………………. 57
1.4.3.2 Динамические блоки ……………………………………………………………… 58
1.4.3.3 Типы линий …………………………………………………………………………… 59
1.4.3.4 Чертежный шрифт …………………………………………………………………. 60
1.4.3.5 Чертежный слой…………………………………………………………………….. 60
1.5 Разработка программных модулей системы автоматизированного
проектирования документации АСУ ТП ………………………………………………… 60
1.5.1 Разработка программного модуля для построения схем
автоматизации …………………………………………………………………………………….. 60
1.5.1.1 Алгоритм построения подвала функциональной схемы
автоматизации ………………………………………………………………………………….. 63
1.5.2 Разработка программного модуля для построения схем соединения
внешних проводок ………………………………………………………………………………. 68
1.5.2.1 Формирование перечня схем внешних проводок для датчиков .. 73
1.5.2.2 Разделение датчиков по объектам ………………………………………….. 73
1.5.2.3 Разделение датчиков в рамках каждого объекта на чертежные
листы ……………………………………………………………………………………………….. 74
1.5.2.4 Рисование датчиков ……………………………………………………………….. 77
1.5.2.5 Формирование перечня схем внешних проводок для
исполнительных механизмов ……………………………………………………………. 78
1.5.2.6 Разделение исполнительных механизмов по типам сигнала ……. 78
1.5.2.7 Разделение исполнительных механизмов для каждого типа
сигнала на чертежные листы …………………………………………………………….. 78
1.5.2.8 Рисование исполнительных механизмов ………………………………… 82
1.5.3 Разработка программного модуля для построения кабельных
журналов…………………………………………………………………………………………….. 82
Выводы по основной части ………………………………………………………………………. 94
2 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение… 95
2.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности ……………………… 95
2.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования………………. 95
2.1.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………. 96
2.1.3 Диаграмма Исикава …………………………………………………………………….. 97
2.1.4 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………… 98
2.2 Планирование научно-исследовательских работ …………………………….. 104
2.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………….. 104
2.2.2 Разработка графика проведения научного исследования ……………. 105
2.2.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ)……………………. 113
2.2.4 Расчет материальных затрат НТИ ……………………………………………… 114
2.2.5 Основная заработная плата исполнителей темы …………………………. 115
2.2.6 Дополнительная заработная плата……………………………………………… 117
2.2.7 Отчисления на социальные нужды…………………………………………….. 117
2.2.8 Научные и производственные командировки …………………………….. 118
2.2.9 Накладные расходы …………………………………………………………………….. 119
2.2.10 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта
…………………………………………………………………………………………………………. 120
2.3 Определение ресурсной, финансовой и экономической эффективности
исследования ………………………………………………………………………………………. 122
2.4 Оценка абсолютной эффективности исследования………………………….. 125
2.4.1 Расчет чистой текущей стоимости …………………………………………….. 125
2.4.2 Дисконтированный срок окупаемости ……………………………………….. 127
2.4.3 Внутренняя ставка доходности (IRR) ………………………………………… 127
2.4.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций ……………………… 129
3 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 131
Введение ………………………………………………………………………………………………… 131
3.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …. 131
3.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………. 131
3.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ….. 132
3.1.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности ……….. 133
3.1.3.1 Эргономические требования к рабочему месту …………………….. 133
3.1.3.2 Окраска и коэффициенты отражения ……………………………………. 134
3.2 Профессиональная социальная безопасность …………………………………. 135
3.2.1 Анализ вредных и опасных факторов ………………………………………… 135
3.2.2 Анализ вредных факторов …………………………………………………………. 135
3.2.2.1 Отклонение показателей микроклимата ……………………………….. 135
3.2.2.2 Отсутствие или недостаток естественного света …………………… 137
3.2.2.3 Превышение уровня шума ……………………………………………………. 139
3.2.2.4 Электромагнитные и электрические поля …………………………….. 140
3.2.3 Анализ опасных факторов …………………………………………………………. 141
3.2.3.1 Электробезопасность …………………………………………………………… 141
3.2.3.2 Экологическая безопасность ………………………………………………… 142
3.2.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………… 144
3.2.4.1 Пожарная безопасность ……………………………………………………….. 144
Вывод по разделу «Социальная ответственность» …………………………………… 145
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 147
Список публикаций ………………………………………………………………………………… 149
Список использованных источников ………………………………………………………. 150
Приложение А. Development of computer-aided design system for documentation
automated process control systems…………………………………………………………….. 152
Приложение Б. Алгоритм сортировки методом простых вставок…………….. 168
Приложение В. Алгоритм сортировки методом пузырька…………………………169
Приложение Г. Пример сформированных подвалов функциональной схемы
автоматизации………………………………………………………………………………………… 170
Приложение Д. Пример сформированных листов чертежей схемы соединения
внешних проводок (датчики)……………………………………………………………………172
Приложение Е. Пример сформированных листов чертежей схемы соединения
внешних проводок (исполнительные механизмы)………………………………….. . 174
Приложение Ж. Пример сформированного листа с перечнем материалов схем
соединения внешних проводок……………………………………………………………….. 176
Приложение З. Пример сформированных листов кабельного журнала……. 177
Приложение И. Пример заполнения листов исходной таблицы данных….179

В результате выполненной работы была разработана система
автоматизированного проектирования документации АСУ ТП.
Использование данной системы позволит сократить трудозатраты на
разработку различных проектов, минимизировать число ошибок
проектировщика, увеличить эффективность разработки документации.
В выпускной квалификационной работе были разработаны модули
для автоматического построения функциональных схем автоматизации, схем
соединения внешних проводок, кабельных журналов. Функционал
разработанных модулей в большей степени позволяет автоматизировать
процесс построения необходимых чертежей, однако не позволяет сделать это
в полной мере. При проектировании могут возникнуть такие случаи, которые
система не сможет учесть. В этом случаи проектировщик производит
действия над чертежом вручную.
В работе был проведен обзор и сравнительный анализ алгоритмов
сортировки, использование которых было необходимо в некоторых задачах,
решаемых разработанной системой. Было проведено теоретическое и
экспериментально сравнение двух алгоритмов сортировки, в результате
обоих сравнений было выявлено, что применение алгоритма сортировки
методом простых вставок для данных задач более эффективно, чем
использование алгоритма сортировки методом пузырька.
В работе также была проведена оценка коммерческого потенциала и
перспективности проведения научного исследования с позиции
ресурсоэффективности, в результате которой было определено, что данная
разработка более эффективна, чем разработки конкурентов. Было проведено
планирование научно-исследовательской работы, была разработана
структура работ, разработан график проведения работ, построена диаграмма
Ганта. Также была проведена оценка абсолютной эффективности
исследования, в результате которой был сделан вывод о том, что разработка
данного проекта является эффективной.
В работе также были рассмотрены правовые и организационные
вопросы обеспечения безопасности, суть которых заключалось в анализе
основных нормативных документов регулирующих и регламентирующих
производственную деятельность проектировщика. Был выполнен анализ
вредных факторов проектируемого решения, таких как микроклимат, шум,
освещение, электромагнитной и электростатическое излучение. Также были
рассмотрены такие важные вопросы, как экологическая безопасность и
безопасность в чрезвычайных ситуациях.
Список публикаций
1 Д. Т. Валиев, Н. Е. Россомахина, Е. В. Тюлькин, Н. А. Агапов.
Разработка математического обеспечения по расчету и оценке качества
изображения оптической системы // GraphiCon 2018 28-я Международная
конференция по компьютерной графике и машинному зрению : труды
конференции / Национальный исследовательский Томский политехнический
университет, Томский государственный университет систем управления и
радиоэлектроники. Томск, 2018. С. 417-420