Компьютерные технологии при проектировании и эксплуатации технологического оборудования

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Санкт-Петербург
ГИОРД
2012

3-е издание, 
исправленное и дополненное

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области технологии продуктов питания и пищевой инженерии 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 260602 «Пищевая инженерия 
малых предприятий» направления подготовки дипломированного 
специалиста 260600 «Пищевая инженерия»

УДК 681.3.06
ББК 67.410.3
 
К63

Авторы: 
Алексеев Г. В., Бриденко И. И., Головацкий В. А., Верболоз Е. И.

Рецензенты: Федеральный государственный проектный институт
 
ГИПРОМЯСОМОЛАГРОПРОМ (директор Лагуненков П. А.);
 
проф. В. И. Балобан (Центр высоких технологий Минобразования)

К63 
 
Компьютерные технологии при проектировании и эксплуатации тех нологического оборудования : учеб. пособие  / Г. В. Алексеев, И. И. Бриденко, В. А. Головацкий [и др.]. — 3-е изд., испр. и доп. — СПб. : ГИОРД, 
2012. — 256 с.

ISBN 978-5-98879-147-8

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся 
по специальности 260602 «Пищевая инженерия малых предприятий». В книге 
систематизированы сведения об использовании компьютерных технологий в области проектирования и эксплуатации технологического оборудования в пищевой 
и перерабатывающей отраслях промышленности. Приведены примеры некоторых алгоритмов расчетов и реализующие их программы в наиболее популярных 
пакетах, таких как Excel, MathCAD, AutoCAD, Kompas и Flash. Пособие может 
быть полезно аспирантам и преподавателям.

УДК 681.3.06
ББК 67.410.3

ISBN 978-5-98879-147-8 
© ООО «Издательство “ГИОРД”», 2012

Оглавление

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий
 
в пищевой промышленности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 2. Компьютерные технологии при проектировании технологического
 
оборудования предприятий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.1. Проектирование оборудования моделированием машин
в пакете Adobe CS3 и элементы интерактивности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.1. Преимущества пакета программ Adobe CS3. . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.2. Создание виртуальных объектов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.1.3. Основные возможности программы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.4. Уроки рисования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.5. Элементы управления компьютерными моделями машин  . . . . . 44
2.1.6. Редактирование объектов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.1.7. Примеры реализации интерактивности модели машины  . . . . . . 55
2.1.8. Возможности задания технологического цикла машины  . . . . . . 58
2.1.9. Методика разработки программ моделирования машин. . . . . . . 84
2.1.10. Пример моделирования в Adobe CS3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.2. Возможности применения компьютерных технологий
в инженерных расчетах машин  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.2.1. Расчет трубчатых теплообменных аппаратов жесткой
конструкции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.2.2. Пример расчета и конструирования выпарной установки. . . . . 140

2.3. Использование пакетов прикладных программ AutoCAD
и Kompas для автоматизации инженерно-графических работ . . . . . . . . 150
2.3.1. Особенности использования пакета AutoCAD
для автоматизации инженерно-графических работ  . . . . . . . . . . . . . . . 150

Оглавление

2.3.2. Особенности использования пакета Kompas для
автоматизации инженерно-графических работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
2.3.3. Возможности использования электронных баз данных. . . . . . . 205

Глава 3. Использование компьютерного мониторинга для повышения
 
эффективности работы предприятия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Приложения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Введение

В развитии практически любой отрасли промышленности значительную роль играет информационная инфраструктура. Для создания 
конкурентоспособной техники и технологий, а также качественного управления, специалистам всех уровней и, особенно, принимающим решения по применению вновь спроектированных образцов оборудования 
и регламентам их эксплуатации в настоящее время необходимо понимание важности использования компьютерных технологий. Современные 
информационные процессы обязывают по-новому взглянуть на такие 
технологии с позиций как разработчика оборудования, так и менеджера, 
которому надлежит осуществлять контроль за его эксплуатацией.
Информационные системы существовали задолго до эры информатизации и компьютеризации, так как для управления социально-экономическими процессами необходима систематизированная, предварительно 
подготовленная информация.
В первую очередь, это важно для производственных процессов, связанных с производством материальных благ, ведь они жизненно важны 
для общества. Производственные процессы, особенно в пищевой и перерабатывающих отраслях промышленности, совершенствуются наиболее 
динамично. По мере их развития усложняется используемое оборудование и управление им, что, в свою очередь, стимулирует совершенствование и развитие информационных систем.
В настоящее время накоплен определенный опыт разработки и внедрения автоматизированных информационных систем в различных отраслях 
экономики. Этот опыт позволяет сделать вывод о том, что резерв повышения эффективности таких систем заключается в увеличении уровня 
интеллектуализации этих систем, переходе к системам ориентированным 
на использование самых передовых разработок. Число публикаций по отдельным вопросам теории и практики создания таких систем стремительно растет, как и число учебников и учебных пособий в области применения компьютерных технологий в различных областях экономики.
В предлагаемом учебном пособии изложены принципы и некоторые 
примеры использования компьютерных технологий при проектировании 
и эксплуатации технологического оборудования для пищевых и перерабатывающих производств. Затронуты некоторые вопросы менеджмента, 

Введение

связанные с рассмотрением задач, характерных для предметных областей, и с анализом характера и особенностей самих предметных областей 
возможного применения компьютерных технологий. В этом смысле при 
проектировании компьютерных технологий учитываются такие факторы, 
как сложность проблемной области, размеры пространства состояний 
системы, степень влияния неопределенности и случайности при принятии решений, необходимость учета и оценки рисков, большие объемы 
трудно формализуемой и эвристической информации, необходимость 
получения прогнозов, принятие решений при дефиците времени.
Важное значение приобретает анализ проблемных областей, в которых интеграция компьютерных технологий и информационных систем 
приносит ощутимый эффект. Наиболее перспективными областями пищевой и перерабатывающих отраслей промышленности для применения 
компьютерных технологий являются:
• проектирование технологического оборудования;
• управление режимами эксплуатации в конкретном производстве;
• производственное планирование и прогнозирование;
• управление маркетингом;
• риск-менеджмент;
• фондовый рынок.
Цель учебного пособия — дать знания о состоянии и тенденциях развития компьютерных технологий; о новой информационной технологии 
решения задач управления, связанной с использованием средств и методов искусственного интеллекта; о навыках разработки и использования 
технологического оборудования в различных прикладных областях.
Результатами изучения дисциплины «Компьютерные технологии 
при проектировании и эксплуатации технологического оборудования» 
должны быть:
• четкие представления о компьютерных технологиях и наиболее перспективных прикладных сферах их применения;
• знание основных методов разработки технологического оборудования 
и специфики актуальных проблемных областей;
• умение работать с различными моделями технологического оборудования и обосновывать выбор того или иного режима в зависимости 
от характера предметной области и специфики решаемых задач;
• владение навыками работы с компьютерными технологиями и основными инструментальными средствами для решения смежных задач;
• получение опыта проектирования и разработки виртуального прототипа для конкретной предметной области.

Глава 1

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПИЩЕВОЙ 
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Прежде чем приступить к рассмотрению информационных систем, 
их классификации и использованию в различных областях пищевой 
и перерабатывающей промышленности, необходимо определить термины — информационная система и компьютерная технология.
Информационная система (ИС) собирает, обрабатывает, хранит, анализирует и распространяет информацию для специфических целей. Как 
и любая система, ИС имеет входную информацию (данные, инструкции) 
и выходную информацию (отчеты, расчеты). Она обрабатывает входную 
информацию и производит выходную информацию, которая посылается 
пользователю или другой системе. Она может так же включать механизм 
обратной связи, который контролирует операции. Как и любая другая 
система, ИС действует в окружающей среде (рис. 1.1).
Компьютеризованная ИС — это ИС, которая использует компьютерную технологию для выполнения некоторых или всех своих задач.

Входы

• Бизнесзадачи:
– данные;
– информация;
– инструкции;
– возможности

Обработка

• Программы.
• Люди.
• Оборудование

Выходы

• Решения:
– отчеты;
– графики;
– расчеты;
– тактики;
– звуковые

Управление

• Управленец (ЛПР).
• Автоматическое
управление

Обратная 
связь

Рис. 1.1. Схематический вид информационной системы

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий

10

Такие системы могут включать в себя персональный компьютер и 
программное обеспечение или несколько тысяч компьютеров различных 
размеров с сотнями принтеров, плоттеров и других устройств, такие, как 
коммуникационные сети и базы данных.
В большинстве случаев ИС включают в себя людей.
Ниже перечислены базовые компоненты информационных систем:
• техническое обеспечение — набор устройств, таких как процессор, 
монитор, клавиатура и др., которые позволяют осуществлять доступ 
к данным и информации, ее обработку и предоставление;
• программное обеспечение — набор программ, который дает возможность техническому обеспечению обрабатывать данные;
• база данных — совокупность связанных файлов, таблиц, отношений 
и т. д., которые хранят данные и их объединения;
• сеть — связующая система, которая позволяет осуществлять разделение ресурсов различных компьютеров;
• процедуры — набор инструкций о том, как комбинировать вышеназванные компоненты для того, чтобы обрабатывать информацию 
и генерировать требуемые выходы;
• люди — те, кто работает с системой или использует ее выходы.
Как видно, информационная система объединяет намного больше, 
чем только компьютеры. Успешное использование ИС требует понимания бизнеса и его окружения, которое поддерживается ИС. Например, 
для проектирования ИС, поддерживающей исполнение транзакций 
на фондовой бирже, необходимо понимать все процедуры, связанные 
с покупкой и продажей акций, облигаций, опционов и т. д.
Компьютерная технология (КТ), в узком определении, относится к технологической стороне информационной системы. КТ включает в себя 
техническое обеспечение, базы данных, программное обеспечение, сети 
и другие средства. Она может рассматриваться как подсистема ИС. Иногда термин КТ используется в широком смысле для описания совокупности нескольких ИС, пользователей и менеджмента всей организации, 
включая разработчиков технологического оборудования и тех, кто его 
эксплуатирует.
КТ отличаются по типу обрабатываемой информации (рис. 1.2), но 
могут объединяться в интегрированные технологии.
Теперь, когда определены базовые термины, рассмотрим классификацию ИС.
ИС могут быть классифицированы несколькими путями: по организационным уровням, основным функциональным областям и обеспечиваемой поддержке.

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий

11

Виды КТ и обрабатываемой информации

Данные

СУБД, языки 
программирования, табличные 
процессоры

Текст

Текстовые 
процессоры 
и гипертекст

Графика

Графические процессоры

Знания

Интеллектуальные системы

Объекты 
реального мира

Средства 
мультимедиа

1. Классификация по организационной структуре. Организации состоят 
из таких компонентов, как отделения, департаменты и группы. Они могут быть как проектные, так и производственные. Одним из путей классификации ИС является разделение по организационным структурным 
линиям иерархии. Таким образом, мы можем найти ИС, построенные 
для высшего звена управления, для отделений, департаментов, оперативных функциональных единиц и даже для отдельных работников. 
Такие системы могут быть самостоятельными или же они могут быть 
взаимосвязаны.
И С  д л я  д е п а р т а м е н т о в . Часто организация использует 
несколько прикладных программ в одной функциональной области 
или департаменте. Например, в отделе главного конструктора некоторые программы могут быть полностью независимы от других, в то время 
как другие взаимосвязаны. Совокупность прикладных программ в области разработки оборудования называют ИС проектирования. Таким 
образом, она упоминается как одна ИС для департамента, даже если состоит из нескольких прикладных подсистем. Интегрированные пакеты 
предполагают объединение различных технологий.
И С  п р е д п р и я т и я . Так как ИС для департаментов обычно являются родственными функциональным областям, то совокупность всех 
приложений для департаментов составляет ИС всего предприятия.
М е ж о р г а н и з а ц и о н н ы е  с и с т е м ы . Эти ИС связывают две 
и более организаций и являются общими между бизнес-партнерами, и экстенсивно используются для электронной коммерции, зачастую через 
Экстранет (extranet).
2. Классификация по функциональным областям. ИС на уровне департамента поддерживают традиционные функциональные области 
предприятия или фирмы. Основными функциональными системами 
являются:

Рис. 1.2. КТ в зависимости от типа обрабатываемой информации

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий

12

• ИС главного конструктора;
• технологическая ИС;
• производственная ИС;
• финансовая ИС;
• ИС управления персоналом.
В каждой функциональной области некоторые рутинные и повторяющиеся задачи существуют как основа для решений и действий организации. Подготовка конструкторской документации и технологических 
инструкций является типичным примером. ИС, которая поддерживает 
решение этих задач, называется системой обработки транзакций. Эти 
ИС поддерживают задачи, решаемые во всех функциональных областях, 
но особенно при проектировании и производстве.
3. Классификация по обеспечиваемой поддержке. Третий путь классификации информационных систем — в соответствии с типом поддержки, 
который она обеспечивает, независимо от функциональной области. Например, ИС может поддерживать офисных служащих почти в любой функциональной области. Менеджеры, независимо от того, где они работают, 
также могут быть поддержаны компьютеризированной системой принятия 
решений. Основными типами ИС по этой классификации являются:
• система обработки транзакций (СОТ, или TPS) — поддерживает повторяющиеся, рутинные задачи и действия, а также штат исполнителя;
• информационная система менеджмента (ИСМ) — поддерживает функциональную деятельность менеджеров;
• офисная автоматизированная система (ОАС) — поддерживает офисных служащих;
• система поддержки решений (СПР) — поддерживает принятие решений менеджерами и аналитиками;
• исполнительная информационная система поддерживает решения 
высшего управленческого звена (EIS);
• интеллектуальная информационная система (ИИС) — поддерживает 
главным образом конструкторов и технологов, но может также поддерживать другие группы сотрудников.
Отношения между различными типами информационных систем 
поддержки принятия решений можно обобщить следующим образом:
• каждая система поддержки имеет уникальные характеристики и может быть классифицирована как отдельный объект;
• взаимоотношения и координация между различными типами систем 
находятся в динамике и постоянном развитии;
• во многих случаях две или более системы интегрируются в форму гибридной информационной системы;
• между системами циркулируют информационные потоки.

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий

13

Применение информационных систем можно рассматривать с различных позиций: характера деятельности, которую они поддерживают 
(проблемная область) и функциональной области, где они используются 
(предметная область).
Проблемные области могут быть операционными, управленческими 
и стратегическими.
Оперативные системы имеют дело с ежедневно повторяющимися операциями, такими, как выдача заданий сотрудникам, учет рабочего времени, размещение заказа на тиражирование чертежей и др. Оперативная деятельность по своей природе краткосрочна. Информационные системы, 
которые их поддерживают — это, главным образом, системы обработки 
транзакций, информационные системы менеджмента и простые системы поддержки принятия решений. Оперативные системы используются 
исполнителями низшего звена (так называемыми линейными менеджерами), диспетчерами, операторами и офисными служащими.
Управленческие системы, называемые также тактическими системами, 
имеют дело с деятельностью менеджеров среднего уровня (например, руководителя конструкторской группы), такой как краткосрочное планирование, организационные задачи, управление, мониторинг и контроль.
Управленческие информационные системы имеют более широкие 
возможности, чем оперативные системы, но, как и оперативные системы, они используют в основном внутренние источники данных.
Они обеспечивают следующие виды поддержки:
• Накопление информации и анализ.
• Отчеты по перспективным направлениям разработок.
• Периодические отчеты и отчеты по запросам.
• Сравнительный анализ.
• Прогнозы (анализ тенденций развития отдельных видов технологического оборудования, прогнозы применения разработок и др.).
• Раннее выявление проблем («узких мест»).
• Рутинные решения. Менеджеры среднего класса вовлечены во множество рутинных решений (составление графиков работ и рабочих 
расписаний, заказ материалов и запасных частей, решения о том, 
что производить, когда и в каких количествах). Для этого используются стандартные компьютерные математические, статистические 
и финансовые модели.
• Связи и коммуникации. Функциональные менеджеры нуждаются 
в постоянном взаимодействии друг с другом и со специалистами.
Стратегические системы имеют дело с решениями, которые значительно меняют образ и направления разработок. Традиционно, стратегические системы обеспечивают только долгосрочное планирование. 

Глава 1. Возможности применения компьютерных технологий

14

Введение новых производственных линий, расширение производства 
путем приобретения поддерживающих и сопутствующих производству 
разработок или оборудования, распространение разработок в зарубежные страны — это только некоторые основные примеры долгосрочной 
деятельности.
Менеджеры высшего звена принимают стратегические решения. 
Управленческие решения принимаются менеджерами среднего звена, 
а линейные менеджеры и операторы принимают оперативные и текущие 
решения.
На рис. 1.3 показаны информационные системы, поддерживающие 
решения различного типа и менеджеров на разных уровнях иерархии 
организации.
Иерархия представлена в виде треугольника для отражения количественного соотношения сотрудников на различных уровнях.
Как видно из рисунка, введен дополнительный уровень между высшим руководством и менеджерами среднего звена. Это специалисты 
в различных областях (финансовые и маркетинговые аналитики, менеджеры знаний и др.). Они являются советниками для менеджеров высшего 
и среднего звена. Многие из этих профессионалов могут рассматриваться 
как работники знаний.
Работники знаний — это люди, которые создают информацию и знания в процессе своей деятельности, интегрируют их в бизнес или трансформируют в производственные решения. Работники знаний — это ме
Рис. 1.3. Информационные системы, поддерживающие решения
менеджеров на разных уровнях иерархии организации