CC BY
14
The process of designing and researching the model of the steam pressure automatic control system in the nuclear power plant deaerator in the SimInTech environment is considered. The optimization of the transient process parameters in terms of control time and maximum pressure is applied with the finding of the PID-controller coefficients. The models for calculating the transfer function regulated object parameters, the original model and the optimized control system model with control and disturbing influences, simulation results in the form of transient processes graphs are presented.
Key words: deaerator, automatic control system, simulation in the SimInTech, transient process optimization, PID-controller.
Mefedova Julia Alexandrovna, candidate of technical sciences, docent, YAMefedova @mephi.ru, Russia, Balakovo, Balakovo Institute of Engineering and Technology of the National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute),
Bizov Alexander Valeryevich, student, alexbizov654@gmail.com, Russia, Balakovo, Balako-vo Institute of Engineering and Technology of the National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)
УДК 681.3.06, 621.396
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-633-640
ПОВЫШЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ДОСТАВКИ В СЛОЖНО СТРУКТУРИРОВАННЫХ И РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЦЕПЯХ
ПОСТАВОК
Н.Н. Майоров, В.Е. Таратун
В статье рассматриваются вопросы повышения автоматизации и управления объектами производственного процесса в сложноструктурированнных и распределенных цепях поставок за счет применения технологии радиочастотной идентификации. Рассмотрены модели и методы для представления структур цепей поставок материальных объектов, приборов и приборных комплексов. Определены особенности организации цепей поставок материальных объектов для таких технических систем, как система доставки материальных объектов, применительно к космической сфере. Обоснована необходимость разработки систем идентификации материальных объектов, применимая на различных уровнях цепей поставок. Рассмотрено применение радиочастотной технологии и системы идентификации на ее основе как в наземном секторе цепей поставок, так и для космического пространства. Приведен анализ стандартов CCSDS для решения задачи идентификации материальных объектов в цепях поставок с использование технологии радиочастотной идентификации.
Ключевые слова: идентификация процессов, стандарт, идентификация материальных объектов, радиочастотная идентификация, RFID, логистические структуры, техническая система.
Обновлению и модернизации цепей поставок уделяется особое внимание при развитии компаний и систем. От эффективности организации процесса доставки материальных объектов, выбора наилучшей структуры и модели реализации, будет зависит стабильность работы организаций и необходимых внутрипроизводственных процессов. Особую актуальность имею процессы доставки материальных объектов, приборных комплексов, для таких сложных систем как международная космическая станция. Уникальность процессов организации цепей поставок определяется наличием наземных и космических участков, которые должны быть объединены в единую цепь. Данные процессы, логистические система, имеют сложную структуру, требуют разработки новых систем идентификации, новых аппаратных и приборных комплексов для учета материального потока. При выполнении исследований, проектирования, дальнейшего управления и внедрения информационных систем, логистическая система может быть разделена на подсистемы, звенья, элементы. При построении модели систем принято выделять функциональные подсистемы и обеспечивающие подсистемы. При практической реализации цепей поставок для обеспечения таких объектов как МКС необходимо учитывать особенность
в переносе материального потока как в прямом, так и в обратном направлениях. При этом на отдельных элементах крайне необходимо выполнять проверку качества, надежности и целостности материального объекта, приборного комплекса. В структуре логистических систем цепей поставок [1,2] необходимо учитывать сложное взаимодействие элементов, которые также относятся к различным уровням управления материальным потоком. При выполнении анализа на отдельные звенья цепей поставок материальных объектов на отдельных участках используют следующие системы:
1. Система с линейной структурой (в данном случае имеет место процесс, когда каждый уровень системы представлен одним взаимосвязанным элементом, отражающим перемещение в одно направление).
2. Система с концентрированной структурой (в данном случае имеет место процесс, когда количество параллельных элементов системы уменьшается в направлении движения основного потока, и у каждого элемента система может быть не более одного непосредственного последователя).
3. Система с распределенной структурой (в данном случае, имеет место обратный процесс, когда количество параллельных элементов возрастает в направлении движения основного материального потока).
4. Система с комбинированной структурой (в данном случае отсутствуют ограничения по числу предшествующих и последующих элементов; при формировании могут содержать часть всех вариантов организации структур).
В работе авторов [3] представлена модель движения материального потока спроектированная с учетом элементов различных структур и уровней организации процессов. Ввиду особенностей организации таких систем цепей поставок с различными уровнями обмена можно выделить наличие следующих особенностей структур [4,5]: имеет место логистические системы с обратной связью, логистические системы с горизонтальными связами, логистические системы с резервными связями, логистические системы с горизонтальным обменом данными, логистические системы с гибкими связями.
Ввиду сложности структур процессов цепей поставок по перемещению материальных объектов необходима разработка моделей и методов для систем управления и мониторинга, разработка специализированных автоматизированных систем идентификации материальных объектов и процессов. Особое внимание необходимо уделить разработке новых моделей и методов идентификации применимых как для идентификации материальных объектов, приборных комплексов, так и применимых для процессов.
Рассматривая цель организации доставки объектов на Международную космическую станцию (далее - МКС), требуется работать со сложно структурированной и распределенной цепью поставки. МКС является важной и сложноорганизованной технической системой, целью работы которой является обеспечение жизнедеятельности экипажа на борту, а также предоставление целого спектра функциональных возможностей для выполнения задач исследования космического пространства, в состав которой входит большое количество подсистем, необходимых для достижения обозначенной цели. Для решения задачи обеспечения полной функциональности МКС, требуется организация своевременной доставки необходимых ресурсов. Ввиду высокого уровня сложности организации подсистем МКС требуется рассматривать индивидуально каждую подсистему и определять необходимые ресурсы для ее полной функциональности. Качество и скорость доставки необходимых ресурсов на борт напрямую влияет на скорость выполнения стратегически важных задач, поставленных перед экипажем МКС. Таким образом, повышение автоматизации и управления объектами производственного процесса при организации транспортного процесса доставки на борт МКС является ключевой задачей в достижении обозначенной ранее цели.
Общий вид классической цепи поставки объектов производственных процессов сложной технической системы снабжения Российского сегмента МКС представлен на рис. 1.
Центр управления полетами взаимодействует с каждым объектом, представленным на данном рисунке и для организации оперативного принятия управленческих решений по формированию грузопотока необходимо наличие актуального информационного потока текущего состояния объектов производственных процессов во всех элементах цепи поставки.
Для исследования процесса проектирования и управления планом доставки объектов производственного процесса требуется рассмотрение двух сегментов.
Первым является организация движения объектов для доставки на участке наземной логистики, ко второму же относится поддержка и организация движения материального потока
в космическом пространстве. Для достижения высокой эффективности планирования и управления грузопотоком, необходима реализация задач мониторинга потока объектов, а также автоматической идентификации данных объектов в любой части цепи поставки.
Важным фактором, влияющим на эффективность управления материальным потоком, является возможность получения актуальной информации об объектах материального потока в нужный момент времени. Логистическую схему движения материального потока можно представить в виде набора взаимосвязанных узловых элементов, между которыми и происходит перемещение материального потока.
Рис.1. Общий вид классической цепи поставки объектов производственных процессов сложной технической системы снабжения для космический сферы
Исследуя реализацию задачи эффективности управления материальным потоком необходимо рассматривать как всю цепь в общем, так и отдельные участки для реализации оптимальности и эффективности управления.
Классическая цепь поставок наземной логистики представляет из себя последовательную взаимосвязь организаций, которые содержат их объекты, функции и действия, связанные с различными технологическими процессами, которые в свою очередь производят ценность в виде объектов пользования в конечном узле цепи поставки.
Управление цепочками поставок предполагает реализацию задачи объединения организаций по всей цепочке поставок, координацию как материальных, информационных потоков для повышения качества эффективности работы и снижения затрат. Задача состоит в организации эффективного планирования и контроля реализации операций цепочки поставок.
Важно отметить необходимость сотрудничества между узловыми элементами цепочки поставок для достижения лучшей видимости объектов и скорости проведения инвентаризационных действий.
Для реализации эффективного управления данным процессом требуется установка и поддержка стабильной взаимосвязи между узловыми элементами цепи поставки, что в свою очередь позволит реализовать задачи контроля запасов, прогнозирования спроса и получение постоянной обратной связи о том, что происходит в каждом звене цепи.
Таким образом, организация управления цепочками поставок нуждается в применении технологии автоматической идентификации объектов для получения информационного потока о местоположении объектов в цепи поставки, их количества, состоянии и условиях эксплуатации.
Наличие данного информационного потока крайне важно для решения задачи эффективного управления цепью поставки в целом.
Применение автоматической идентификации в обоих сегментах, а именно технологии радиочастотной идентификации предоставляет большой спектр функциональных возможностей для достижения обозначенной цели.
За счет возможности бесконтактной идентификации и решения задачи отслеживания данная технология позволит хорошо оперировать ресурсами в цепи поставки.
Кроме того, использование данной технологии позволит видеть актуальную картину управления объектами цепи поставки.
Использование данной технологии предполагает четкое позиционирование объектов цепи поставки в нужное время, исключая при этом человеческий фактор, что в свою очередь повышает качество функционирования всей цепочки поставок [1,3].
Для оптимальной работы цепи поставки требуется реализация отслеживания объектов на всех этапах в любой момент времени. В данном случае подразумеваются такие этапы как получение объекта в узле цепи поставки, его хранение, возможность проведения инвентаризационных задач, отслеживание перемещения объектов, а также оценка состояния комплектности объектов, путем мониторинга состояния их компонентов.
Использование такого класса систем предоставляют большие функциональные возможности для достижения повышения уровня качества управления материальным потоком.
Отдельного внимания заслуживает вопрос организации доставки грузов во втором сегменте цепочки поставок.
Космическая отрасль предполагает применение самых передовых технологий, которые были созданы за всю историю человечества.
Важной задачей является применение автоматизированных информационных систем, которые будут направлены на улучшение жизни астронавтов и ускорят процессы наладки, контроля и учета оборудования, находящегося на борту Международной космической станции. Таким образом просто необходимо применение современных систем автоматической идентификации.
С системной точки зрения [2] необходимы такие новые системы маркировки объектов для космической отрасли, которые за счет своей уникальности позволили бы каждому сегменту МКС работать с грузом в равной степени.
Для космического пространства данная задача обладает высокой сложностью и мно-гокритериальностью. Важность же определена условиями влияния внешней среды, условиями эксплуатации и выведения из строя оборудования.
Ввиду эксплуатации МКС в экстремальных для выживания условий и наличия большого количества грузов- требуется организация особых цепей поставок для поддержания полной функциональности станции и реализации благоприятной среды для выполнения задач на борту экипажем.
За счет высокого влияния внешней среды возможно изменение в таких операциях как корректировка расписаний вылетов транспортных кораблей для доставки грузов, корректировка режима работы станции и так далее. Необходимо принятие управленческих решений на основе внешнего влияния.
С одной стороны, для выполнения данной задачи требуется проектирование планов грузопотока, а также согласование планов, которое предполагает итеративный характер ввиду наличия различных агентств и структурных подразделений. В виду участия большого числа специалистов требуется организация слаженности и их взаимодействия. Требуется рассматривать полный цикл жизни объекта от процесса производства до момента утилизации. Так же за счет специфичности объектов доставки необходимо четкое позиционирование их как на борту транспортных кораблей, так и на борту станции.
Из-за наличия различных типов транспортных кораблей требуется расчет различных сценариев доставки грузов, что предполагает принятие во внимание большого количества вспомогательных показателей.
С другой стороны, каждый материальный поток для доставки на МКС должен быть связан с системами учета товародвижения. Данная система товародвижения должна объединять все транспортно-складские операции, обеспечивать мониторинг перемещения объектов грузопотока как на земле при выполнении комплектации, оценке комплектности, так и на напрямую на борту МКС. Система товародвижения должна включать в себя встроенные функции планирования грузопотоков. Также необходимо получение данных о текущем месторасположении груза и его спецификации.
Согласно выполненному исследованию [3], данные задачи возможно решить за счет применения систем товародвижения на основе технологии радиочастотной идентификации [6,7].
Предлагаемая модель структуры цепи поставки материальных объектов производственных процессов для космической сферы представлена в виде рис.2.
Наземный процесс
Б2
"I
53
54
55
Информационное обеспечение
56
Б7
Бп
Рис. 2. Модель структура цепи поставки объектов производственных процессов для доставки материальных объектов на МКС
На рис. 2 Б1,...,8п - представлены отдельные этапы (процессы цепи поставки материальных объектов для космической сферы), ¡1,.,1Р - входящие потоки в процессы цепей поставок, кц,...,кц ,(1,]=1,..,Щ - параметр передаваемых данных и объемов по материальному потоку.
На сегодняшний день ввиду разности применяемого информационного обеспечения в элементах цепи поставки, существующая модель применения данной технологии позволяет решить данные задачи в рамках только отдельного элемента цепи поставки. Для организации синтеза разрозненных информационных потоков объектов производственного процесса необходимо разработка новой модели структуры цепи поставки, которая позволит решить задачи идентификации, управления и мониторинга перемещения в рамках всей цепи поставки.
Согласно выполненному исследованию стандартизации применения данной технологии, контроль применения также разделен на два сегмента. Первый - применение радиочастотной идентификации в наземной логистике, а второй - применение в космическом пространстве. Контролем применения различных технологий в наземной логистике занимается международная организация, в которую входит порядка ста сорока восьми различных представителей со стороны различных государств. Задачей же данной организации является стандартизация применяемых технологий.
Важными стандартами для наземной логистики и организации транспортных потоков объектов являются:
стандарты 11784, 11784, 11785, 14223. Данные стандарты регламентируют применение радиочастотной идентификации для выполнения идентификации животных. Стандарт 14223 - регламентирует совместимость применяемых устройств для идентификации;
стандарты 10536, 14443, 15693. Именно в данных стандартах определены технологические характеристики, рассмотрена технология стандартизации информационного потока;
стандарт 10374 определяет требования применения технологии автоматической идентификации для грузовых контейнеров. В данном стандарте представлен метод кодирования данных, а так же рассмотрен вопрос безопасности данных и производительности систем.
Стандарт 18000. Данный стандарт описывает технологию обмена информацией между считывающими устройствами и идентификационными метками во всех существующих диапазонах. Он был создан вследствие отсутствия единого протокола обмена данными между элементами технологии, за счет чего возникла несовместимость различных меток со считывающими устройствами. Созданный стандарт решает данную проблему. В следствии из-за наличия большого числа недостатков радиочастотных меток был создан новый алгоритм обмена данными между считывателем и идентификационной меткой в ультравысокочастотном диапазоне, который лег в основу расширения стандарта 18000 и имеет номер 18000-6. Новый протокол обмена данными представляет улучшенную концепцию на новом уровне качества и стандарта работы технологии. На данный момент данный стандарт является самым распространённым во многих отраслевых сферах нашего мира.
Стандартизация [8] использование радиочастотной идентификации во втором сегменте регулируется международным консультативным комитетом по космическим системам передачи данных. Его задачей является возможность обсуждения общих проблем в области разработки и эксплуатации систем космических данных.
Ввиду невозможности использования развития наземных технологий радиочастотной идентификации на тот момент для космического пространства с 2017 году начали проводиться исследования, согласно которым необходимо было создать новые модели и методы для осуществления идентификации, алгоритмы кодирования и декодирования данных. Результаты проведенных исследований отражены в таких стандартах как «CCSDS RFID tag-encoding yellow book», «Optical communications physical layer red book», «Spacecraft onboard interface services— rfid tag encoding specification» «Space data and information transfer systems— Spacecraft onboard interface services — RFID tag encoding specification», « International Communication System Interoperability Standards (ICSIS)», [9,10,11,13,14].
Данные стандарты регламентируют применение технологии радиочастотной идентификации для космической отрасли и описывают методику кодирования, передачи данных, специфику оборудования.
Рассмотренные новые параметры кодирования идентификационных меток как дополняют идентификационные метки, позволяя использовать технологию радиочастотной идентификации в космическом пространстве так и оставляют совместимость со старой схемой кодирования данных систем управления запасами, созданной на базе наземных систем.
На сегодняшний день процесс автоматизации и управления объектами производственного процесса играет ключевую роль в повышении качества при построении планов грузопотока доставки на борт МКС.
Технология радиочастотной идентификации [12,15] является перспективной технологией для достижения поставленной цели и решения задач единой цепи поставки объектов материального потока на МКС.
Четкое позиционирование, получение текущего состояния объектов доставки в режиме реального или близкого к нему времени, анализ комплектности доставки, возможность автоматизации технологических процессов - это те факторы, которые напрямую влияют на качество принимаемых решений.
За счет наличия большого количества функциональных возможностей как в условиях наземной логистики, так и на борту МКС, использование данной технологии значительно повысит уровень принятия управленческих решений, ускорит процесс доставки, обеспечит мониторинг за материальными объектами.
Список литературы
1. Макарчук Н. И. Вопросы прогнозирования развития RFID-технологии в цепях поставок // Системный анализ и логистика: выпуск №2(20). СПб.: ГУАП., 2019. C. 59-66.
2. Майоров Н.Н., Таратун В.Е., Фетисов В.А., Романек В.А. Системный анализ / Н.Н., В.Е. Таратун, В.А. Фетисов, В.А. Романек: ГУАП, 2016. 137 с.
3. Taratun V.E. Rfid technology for automation of transport and storage operations in space / V.E. Taratun, V.A. Fetisov // 2018 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems, WECONF 2018 2018. P. 8604386.
4.Лукинский В.С., Лукинский В.В., Плетнева Н.Г. Логистика и управление цепями поставок. М.: Издательство Юрайт, 2016. 359 c.
5.Лукинский В.С., Лукинский В.В. Формирование комплекса методов принятия решений при управлении транспортировкой в цепях поставок // Логистика и управление цепями поставок. 2014. № 6. С. 38-50.
6. Исследование технологии радиочастотной идентификации и ее роль для космической отрасли. Таратун В.Е., Лось Е.А. Системный анализ и логистика. 2020. № 1 (23) . С. 47-54.
7. RFID-технологии. Справочное пособие / К. Финкенцеллер; пер. с нем. Сойунханова Н.М. М.: Додэка-XXI, 2010. 496 с.
8. Таратун В.Е. Эволюция стандартов для идентификации грузов на основе технологии радиочастотной идентификации для космических транспортных систем // Логистика: современные тенденции развития. Материалы XIX Международной научно-практической конференции. ГУМРФ.2020. С. 86-91.
9. Spacecraft onboard interface services—RFID tag encoding specification. [Электронный адрес] URL: https://public.ccsds.org/Pubs/881x1b1.pdf (дата обращения: 10.01.2022).
10. CCSDS RFID tag-encoding yellow book. [Электронный ресурс]. URL: https://public.ccsds.org/default.aspx (дата обращения: 10.01.2022).
11. Spacecraft onboard interface services— rfid tag encoding specification Spacecraft Onboard Interface Services—RFID-Based Inventory Management Systems. Issue 1. Recommendation for Space Data System Practices (Magenta Book), CCSDS 881.0-M-1. Washington, D.C.: CCSDS, May 2012.
12. Лахин О.И. Особенности постановки задачи планирования программы полета и грузопотока Российского сегмента Международной космической станции // Вестник Самарского государственного технического университета. Технические науки. 2015. № 3(47). С. 32-46.
13. Kim J., Tang K., Kumara S. Value analysis of locationenabled radio-frequency identification information on delivery chain performance. // International Journal of Production Economics . -2008. Vol. 112. P. 403-415.
14. International Communication System Interoperability Standards (ICSIS) [Электронный ресурс]. URL: https://nasasitebuilder.nasawestprime.com/wp-content/uploads/sites/45/2019/09/communication baseline final 3-2019.pdf (дата обращения: 21.12.2021).
15. Maiorov N.N. Simulation the Process of Cargo Distribution and Identification for the Space Transport System Based on CCSDS Standards /N.N. Maiorov., V. E. Taratun, V. A. Fetisov // 2020 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF 2020). 9131504. DOI: 10.1109/WEC0NF48837.2020.9131504.
Майоров Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, nmsoft@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения,
Таратун Виталий Евгеньевич, старший преподаватель, taratun.vitaliy@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
INCREASING AUTOMATION AND MANAGEMENT IN THE ORGANIZATION OF DELIVERY IN COMPLEX STRUCTURED AND DISTRIBUTED SUPPLY CHAINS
N.N. Maiorov, V.E. Taratun
The article considers the issues of increasing automation and control of production process objects in complexly structured and distributed supply chains through the use of radio-frequency identification technology. Models and methods for representing supply chain structures of material objects, devices and instrumental complexes are considered. Peculiarities of organization of material objects supply chains for such technical systems as material objects delivery system as applied to the space sphere have been determined. The necessity of development of systems for identification of material objects applicable at different levels of supply chains is substantiated. Application of radio-frequency technology and identification system on its basis both in ground sector of supply chains and space sphere is considered. The analysis of CCSDS standards for solving the problem of identification of material objects in supply chains using radio-frequency identification technology is given.
Key words: process identification, standard, material object identification, radio frequency identification, RFID, logistics structures, technical system.
Maiorov Nikolai Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, nmsoft@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation,
Taratun Vitaliy Evgenievich, senior lecturer, taratun.vitaliy@gmail.com, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
