Автоматизация технологических процессов и производств

и т.д.), когда используются различные реле: максимального тока, тепловые, минимального тока, утечки и т.п.

Автоматическая защита, контроль и сигнализация обычно сопутствуют друг другу: часто сначала дается сигнал о существенном отклонении контролируемого параметра от заданного значения, а затем, когда отклонение превысит допустимый уровень, срабатывает автоматика безопасности и выдается соответствующий сигнал.

Особый вид автоматической защиты – автоблокировка, устройства которой не допускают неправильных включений и выключений оборудования, предотвращая повреждения и аварии.

Автоматическое управление служит для автоматического пуска и останова различных двигателей и приводов, запуска в работу и останова отдельных узлов оборудования и агрегатов в целом. По способу посылки импульса на включение или останов устройства автоматического управления делят на полуавтоматические и автоматические. В первом случае устройство приводится в действие нажатием кнопки или поворотом рукоятки оператором с пульта управления (дистанционное управление) или непосредственно у агрегата (местное управление). Во втором случае импульсы посылаются датчиками, контролирующими режим работы (например, автоматическое включение подпиточного насоса котельной при утечке воды из системы отопления).

Автоматическое регулирование предназначено для поддержания без участия человека в течение определенного промежутка времени с требуемой точностью заданных режимов технологического процесса.

Автоматическое регулирование – частный случай автоматического управления, заключающегося в поддержании заданного состояния технологического процесса (необходимых режимов агрегатов) или обеспечении хода этого процесса по заданному заранее или задаваемому в зависимости от каких-либо условий закону.

В системах автоматического регулирования (САР) как совокупности объекта и управляющего устройства последнее называется регулятором, объект – регулируемым объектом, выходная величина – регулируемой величиной или регулируемым параметром.

11

По функциональной зависимости заданного закона воспроизведения регулируемой величины от входного сигнала, от времени или от других параметров, т.е. в зависимости от выполняемых задач, САР делятся на системы: стабилизации, программного регулирования, следящие, оптимального регулирования.

При выполнении задачи стабилизации система регулирования должна поддерживать регулируемую величину вблизи некоторых неизменных значений, несмотря на действие возмущений. Устанавливаемое с помощью задающего устройства предписанное значение регулируемой величины для такого типа регуляторов остается постоянным.

Задача выполнения программы возникает в случаях, когда заданные значения регулируемых параметров изменяются во времени заранее известным образом. Поскольку закон изменения регулируемого параметра заранее известен, то информация о нем может быть зафиксирована в каком-либо запоминающем задающем устройстве, присоединяемом к регулятору. Если изменение заданных значений регулируемых параметров не известно и они должны меняться в зависимости от значения других величин, возникает задача слежения (например, регулирование подачи воздуха к дутьевым горелкам в зависимости от количества подаваемого топлива). В регуляторе следящей системы для формирования управляющего воздействия используется информация о значении величины, за которой необходимо следить, и информация о состоянии регулируемого объекта, передаваемая по каналу обратной связи.

При стремлении оптимизировать работу регулируемой системы необходимо располагать какой-то мерой, пригодной для того, чтобы сравнивать различные варианты и выделять из них лучшие. Такая мера – величина, характеризующая эффективность управления, называется критерием эффективности. Под системой оптимального регулирования понимают систему с такой совокупностью управляющих воздействий, которая с учетом наложенных на систему ограничений обеспечивает наивыгоднейшее значение критерия эффективности.

Важным классификационным признаком систем регулирования является источник энергии, за счет которой осуществляется перемещение регулирующего органа. Регуляторы, работающие без использования постороннего источника энергии, т.е. перемещающие регулирующий

12

орган с помощью энергии, развиваемой непосредственно измерительным устройством, называются регуляторами прямого действия.

Таким образом, при автоматизации решаются следующие задачи: 1. Задачи регулирования параметров путем решения разностных уравнении, эквивалентных, например, П-, ПИ- и ПИД-алгоритмам в аналоговой технике, и разностных уравнений более высокого порядка, реализация операций канала регулирования, программного управления

заданиями регуляторов, синтеза алгоритмов регулирования и т.п.

2.Задачи логического управления путем реализации однотактных (комбинационных) схем при пуске, останове и блокировке работы оборудования с непрерывными процессами, реализации многотактных последовательных схем (конечных автоматов с памятью) при управлении циклическими процессами, обладающими множеством режимов управления (состояний автомата).

3.Задачи анализа динамики объектов и адаптивного управления, сводящиеся к идентификации модели объекта в форме разностных или дифференциальных уравнений при проведении активного или пассивного эксперимента на объекте; синтеза закона регулирования и регулирования по этому закону в каждом или выбранном такте измерения.

4.Задачи контроля, сводящиеся к вводу и выводу данных, линейным и нелинейным преобразованиям переменных процессов, сигнализации, индикации и регистрации данных.

1.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ

АВТОМАТИЗАЦИИ

Можно выделить следующие факторы, влияющие на эффективность автоматизации:

экономическая эффективность; желание внедрять новую технику (человеческий фактор). При

приказе сверху, как это происходило в недавнее время, эффекта нет; наличие техники, комплексного оборудования для автоматизации; уровень подготовки среды автоматизации, технологического

обеспечения, обученность, подготовленность кадров;

13

планомерность автоматизации, этапность работ с глубоким на- учно-техническим и социально-экономическим обоснованием, соблюдением иерархии целей, наличием ответственности.

1.3. ПОКАЗАТЕЛИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Из показателей социально-экономической эффективности глав-

улучшение условий труда, повышение его организации и безопасности, в том числе снижение неквалифицированного физического труда, повышение заинтересованности персонала в результатах труда.

Окупаемость:

стоимость системы управления примерно прямо пропорциональна количеству собираемой и перерабатываемой информации;

зависимость экономической эффективности (прибыли) Q от затрат на систему управления K – экспонента;

срок окупаемости Ток = dKdQ ;

с ростом сложности и увеличением затрат на системы управления эффективность возрастает в меньшей степени;

существует определенный, экономически обоснованный уровень сложности системы автоматизации и алгоритмов управления, исходя из Ток = 5…8 лет;

наиболее быстрый экономический эффект имеем от первоначальных мероприятий по автоматизации, когда системы управления построены по иерархическому принципу. Сначала внедряются низшие подсистемы, а затем высшие. Иерархические системы обеспечивают повышенную надежность и выживаемость.

14

Усиление желания внедрять автоматизацию (человеческий фактор):

владельцы собственности: увеличение прибыли и дивидендов; менеджеры (руководители завода, цехов): получение части

увеличения прибыли от автоматизации; среднее звено управления (ИТР, мастера, начальники участ-

ков): уменьшение численности персонала, повышение надежности работы оборудования, интеллектуализации управления, повышение зарплаты, повышение имиджа младших командиров (электроника – их помощница, а не замена);

рабочие: сохранение рабочих мест, повышение зарплаты, образовательного уровня, улучшение условий труда.

План-график автоматизации:

социально-экономическая часть; организационно-управленческая часть (сетевой график); решение проблем психолого-воспитательного, культурно-обра-

зовательного фактора.

1.4. «ПОДВОДНЫЕ КАМНИ» ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Имеется ряд факторов, препятствующих успешной автоматизации производства:

«луддитство» – разрушение систем автоматизации, роботов станков и т.д. как элементов, лишающих людей работы (нужен учет человеческого фактора);

непродуманность применения систем автоматизации в технологических процессах (эффект дает комплексная последовательно проводимая автоматизация при непрерывности процессов обработки);

неподготовленность обслуживающего персонала, рабочие и руководители с большим стажем работы неохотно идут на переобучение, стремятся работать привычными методами (к автоматизации необходимо широко привлекать молодежь);

консерватизм руководителей производства, личная незаинтересованность в автоматизации («зри в корень» – 70–90 % успеха зависит от деловых качеств руководителей).

15

Еще раз о человеческом факторе

«Всему, чему мы научились с течением времени, всем нашим умениям и искусствам мы обязаны нашим сотрудникам. Я убежден, что, если дать людям свободу развития и сознания служебного долга, они всегда приложат все свои силы и все умения даже к самой незначительной задаче.» Генри Форд (18,5 тыс. легковых автомобилей

в1909 году, 2 млн – в 1925 году).

Вряде передовых фирм развитых стран, особенно в Японии, повсеместно созданы группы по 4–5 рабочих, от которых требуют думать и думать над тем, как хотя бы на йоту рационализировать производство, как лучше, эффективнее, дешевле сделать то или иное дело. Естественно, для инженеров, ученых, конструкторов главная задача – умение думать. Это мерило престижа в компании, фактор продвижения по службе.

«Общественный престиж» должен относиться не к профессии вообще (само по себе), а к тому, как выполняются профессиональные обязанности. Хороший инженер должен зарабатывать больше плохого начальника цеха, хороший рабочий – больше, чем плохой инженер. Оплата должна быть прежде всего в зависимости от интенсивности и качества той или иной профессии.

К сожалению, в России и по настоящий момент консерватизм, незаинтересованность в повышении эффективности имеют место. Академик Глушков (академический институт по автоматизации) исследовал рабочее время и возможности автоматизации с помощью телекамеры. Рабочие первым делом накидывали робу на телекамеру. А сколько примеров разрушения роботов, АСУТП.

Данное положение можно объяснить и характером развития России. Социализм до 90-го года понимался как обилие общественных благ. Человек от рождения до смерти был защищен: дешевые детские ясли-сад, бесплатные школа, техникум, институт, обязательное обеспечение местом работы, очень дешевое жилье, которое мог получить каждый после 10–15 лет работы на одном месте, доступное всем здравоохранение, другая социальная защита. На работе преобладала уравниловка, не поощряющая каждого к инициативе, к экономии живого и общественного труда, сырья и материалов. В этих

16

условиях человек, отчужденный от собственности и власти, но социально защищенный, превращался в иждивенца-потребителя. Россия потеряла темпы роста, поутратила общественную энергию поступательного механизма. Для России актуальны сейчас слова Генри Бокля: «Встарь богатейшими странами были те, природа которых была наиболее изобильна, нынче же богатейшие страны те, в которых человек наиболее деятелен».

1.5. КАЧЕСТВО С ПОЗИЦИЙ НАДЕЖНОСТИ

Как сделать, чтобы было невыгодно выпускать некачественную продукцию (в том числе и средства автоматизации)? Естественная рыночная конкуренция требует выпуска надежной продукции, чтобы реализовать ее, как условие существования фирмы.

Существует несколько подходов, чтобы решить проблему надежности:

1. Надо укладываться в стандарты.

Но стандарты обычно имеют заниженные требования, так как составляются, исходя из достигнутого или среднего уровня качества.

2. Надо идти от требований потребителя, который хочет иметь изделия лучше, чем в стандарте.

Этого положения придерживаются большинство фирм-произво- дителей, если желают «выжить» в условиях конкуренции. И на качество упирают в рекламе своей продукции.

3. Фирмы-изготовители лучше знают, какой должна быть продукция, о чем даже потребитель не подозревает.

Это подход японских фирм, с которых берет пример и остальной мир. Реальная надежность японской продукции следующая:

надежность комплектующих узлов японского бытового телевизора в СТО раз выше, чем оговорено Британским стандартом на подобные изделия для военных нужд;

стандарты США и Европы допускают 1–2 дефектных изделия на 100, в Японии – 1–2 дефектных изделия на 1 000 000;

17

контроль через ОТК, госприемку и т.д. в Японии сокращается (5 %, а нередко 1 % от персонала). В Европе до 15 % персонала на проверяющих.

Секрет высокой надежности – отношение к делу производственного персонала:

больше, чем на 80 %, решение проблемы качества зависит от руководителей высшего уровня;

руководителей надо учить (японских руководителей 10 лет по специальной государственной программе учили проблемам качества, переведя на японский все, что вышло в мире по проблемам качества);

работники на рабочих местах объединяются по 5–8 человек в кружки качества, выбирают лидера, примерно раз в неделю обсуждают проблемы улучшения качества, уменьшения потерь, расхода материалов, увеличения производительности труда, вырабатывают коллективные рационализаторские предложения, которые обязательно вознаграждаются. В фирме «Тойота» на одного рабочего приходится до 10 рацпредложений. По итогам работы коллективное премирование до 30 % зарплаты.

1.6. ПРОБЛЕМЫ С НАДЕЖНОСТЬЮ В РОССИИ

Основные причины низкой надежности отечественной продукции следующие:

студентов вопросам надежности учат недостаточно; проектировщики берут за основу аналог, но не требования ка-

чества;

доводка производится при выпуске, а не при проектировании; при изготовлении нет автоматизированного послеоперационного и финального контроля, соответствующих испытательных стен-

дов, методик, алгоритмов испытаний;

18

при эксплуатации недостаточно встроенной диагностики, перевода систем в спецрежим при любом отказе, чтобы исключить аварию.

Наработка на отказ различных СЧПУ

Н55 – 800 ч, 2У, 2Р, 2С – 1000 ч,

НЕЙРОН-И3 – 1400 ч, 2С42-65 – 3000 ч,

МС2101 (Электроника НЦ-80-31) – 5000 ч, вычислитель МС1201.02 в СЧПУ 2С42-65 – 10 000 ч, зарубежные стойки СЧПУ – не ниже 20 000 ч.

Таким образом, отечественные СЧПУ в начале 90-х годов в 15–25 раз уступали по надежности зарубежным.

Качество микросхем

(входной контроль 10–12 % микросхем – 1990 год, Томское объединение «Контур»)

Контрольные вопросы

1.В каких случаях автоматизация неэффективна в социальноэкономическом плане?

2.Оцените и дополните на рис. 1.1 систему мер по повышению качества подготовки специалистов в ПГТУ, учитывая человеческий фактор.

3.Предложите основные разделы бизнес-плана для планируемой покупки и использования в цехе металлообработки токарного станка с системой ЧПУ.

4.Какие факторы являются определяющими для повышения качества и надежности выпускаемой продукции?

19