МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Робототехнические системы» А. Р. Околов А. А. Москаленко АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ Методическое пособие по лабораторным работам для студентов специальности 1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов и производств» Минск БНТУ 2012 2 УДК 658.512-027.43(076.5)(075.8) ББК 32.965я7 О-51 Р е ц е н з е н т ы : С. Н. Павлович, Н. Н. Гурский Околов, А. Р. Автоматизированные системы управления технологическими процессами : методическое пособие по лабораторным работам для студентов специальности 1-53 01 01 «Автоматизация технологиче- ских процессов и производств» / А. Р. Околов, А. А. Москаленко. – Минск : БНТУ, 2012. – 78 с. ISBN 978-985-550-042-2. Данное методическое пособие предназначено для углубленного изучения и прак- тического закрепления студентами знаний в области проектирования и организации современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). В пособии излагаются материалы, связанные не только с построением и органи- зацией АСУ ТП, но и вопросы анализа эффективности использования АСУ ТП, управления качеством выпускаемой продукции и оценки надежности АСУ ТП. Методическое пособие может быть полезно студентам, инженерам и преподава- телям, занимающимся проектирование и анализом автоматизированных систем управления технологическими процессами. УДК 658.512-027.43(076.5)(075.8) ББК 32.965я7 ISBN 978-985-550-042-2 © Околов А. Р., Москаленко А. А., 2012 © Белорусский национальный технический университет, 2012 О-51 3 Лабораторная работа № 1 ОЦЕНКА НАДЁЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (АСУТП) Цель работы: 1. Ознакомиться с типовыми этапами управления в процессе выработки и реализации управленческого решения. 2. Познакомиться с понятием надежности систем. 3. Рассчитать функциональную и эффективную надёжность предложенной системы. 1.1 Свойства и характеристики систем В современном понимании система – это совокупность элемен- тов или подсистем, находящихся во взаимодействии и образую- щих определённую целостность. Системы бывают различной сложности: объединение, состоящее из ряда предприятий; ма- шиностроительный завод, состоящий из ряда служб, цехов, участков; станок, состоящий из ряда агрегатов, и т. д. Различают системы технические (например, металлорежущий станок, автоматическая линия), человеко-машинные (автоматизи- рованные системы управления технологическим процессом - об- служивающий персонал, станок - человек), производственно- экономические (завод, фирма), социальные (персонал, различные группы населения), биологические (человеческий организм, опре- делённая природная зона). Функционирование системы в качестве единого целого обес- печивается связями между её элементами. Элемент системы – это объект, выполняющий определённые функции и не подлежащий дальнейшему расчленению в рамках поставленной перед данной системой задачи. Связи между элементами определяют структуру системы. Например, элементом механосборочного цеха (системы) явля- ется станок (подсистема, элемент), который может осуществлять 4 изготовление деталей, что является основной задачей данного цеха. Дальнейшее расчленение станка на агрегаты для производ- ственного процесса не имеет смысла, но важно для организации технического обслуживания и профилактических мероприятий. Выделение системы, т.е. отнесение к ней определенного пе- речня элементов, является сложной задачей, особенно для про- изводственных, экономических и социальных систем. Элементы относятся к данной системе, если они удовлетво- ряют следующим основным требованиям: - имеют общую цель, т. е. каждый элемент должен работать и давать свой измеряемый вклад в достижение цели системы; - взаимно дополняют друг друга, т. е. без любого элемента си- стема не может эффективно решать стоящих перед ней задач; - имеют стабильные организационные, ресурсные и иерархиче- ские связи в системе. Любая система характеризуется совокупностью (вектором) вхо- дов вхQ , совокупностью (вектором) выходов выхQ и парамет- рами внутреннего состояния Х (рис. 1.1). Рис. 1.1. - Структурная схема системы Например, если в качестве системы представить коробку передач вертикально-фрезерного станка, то входом для неё будет яв- ляться крутящий момент крM , поступающий на первичный вал, и его частота вращения; выходом – изменённые значения этих пока- зателей до заданных; параметрами внутреннего состояния – соче- тание (набор) зубчатых колес, обеспечивающее заданное преобра- зование (изменение). 5 Кроме вышеназванных существует такое понятие, как большие системы. Оно достаточно условно и характеризуется одним из сле- дующих показателей или их комбинацией: 1. Иерархичность системы, т. е. наличие нескольких уровней в её структуре. Например, автомобильный завод: цех -- участок -- бригада -- исполнитель; станок: агрегат -- узел -- деталь. 2. Наличие в системе элементов различного происхождения: технических, экономических, социальных. Например, предприятие: станки -- здания -- сооружения (технические элементы) -- операто- ры -- ремонтники -- ИТР (социальные элементы) -- взаимоотноше- ния с банками, производителями техники, потребителями (эконо- мические элементы). 3. Количество подсистем более 7--10. 1.2 Понятие об управлении Известно несколько определений понятия «Управление». Ин- женерное (прикладное) определение этого понятия: управление – это процесс преобразования информации о состоянии системы в определённые целенаправленные действия, переводящие управля- емую систему из исходного в заданное состояние. Минимально необходимыми, но недостаточными условиями управления являются: наличие объективной и адекватной инфор- мации о состоянии системы и внешних факторов, определение це- ли (или целей), стоящей перед системой, и понимание возможных способов или действий для достижения этой цели. Но любое ре- альное управление требует ресурсов, а само управление, т. е. из- менение состояния системы, происходит во времени, иногда весьма значительном. Поэтому достаточным набором для построе- ния разумного управления является: информация о состоянии системы, её цели, имеющиеся ресурсы, располагаемое системой время для достижения этих целей , а также необходимые для это- го действия. Естественно, что этот набор должен расположиться и использо- ваться в определённой последовательности, образующей типовые этапы или технологию управления, применяемую независимо от отрасли, предприятия и характера задач. Типовыми этапами управ- 6 ления в процессе выработки и реализации управленческого реше- ния считаются следующие этапы: 1. Определение цели, стоящей перед управлением системой или подсистемой (отраслью, цехом, участком, бригадой). Причём цель подсистемы должна увязываться с целью системы более вы- сокого ранга. Следовательно, постановка цели и её реализация должны рассматриваться в рамках программно-целевого подхода. 2. Получение информации о состоянии системы и о внешних факторах, действующих на систему. При сборе, получении и обработке информации различают следующие понятия: - сообщение – упорядоченный набор символов, служащих для выражения информации; - документ – материальный носитель сообщения в виде письма, справки, ведомости, наряда и др.; - сигналы – физические факты, явления, процессы, служащие для передачи и накопления сообщений; - шум – помехи, затрудняющие получение сигнала. 3. Обработка информации, оценка её точности, представи- тельности, достоверности. 4. Анализ информации, сбор при необходимости дополни- тельной информации, её экспертиза. 5. Принятие управленческих решений в соответствии с целя- ми системы, полученной и обработанной информацией. 6. Придание решению чёткой, желательно нормативной фор- мы, обеспечивающей индивидуальную ответственность исполни- телей, поэтапный количественный и качественный контроль. 7. Доведение решения до исполнителей. Здесь используются различные методы обучения, агитации, пропаганды. Наиболее целесообразной формой решения являются закон, правило, норма- тив, обеспечивающие эффективное управление. 8. Реализация управляющего воздействия, например, строи- тельство или реконструкция производственной базы; освоение новых видов услуг; введение новой системы морального и ма- териального поощрения рабочих; направление металлорежущего станка в ремонт или его списание и т. д. 7 9. Получение отклика (реакции) системы на управляющие действия в виде новой порции информации об изменении состоя- ния системы. При полном достижении системой назначенных целей в задан- ное время управление является оптимальным. Если состояние си- стемы ухудшилось, то управление нерационально. Если произошло улучшение состояния системы, но цели полностью не достигну- ты, то управление является рациональным. После этого наступа- ет 10-й этап, в процессе которого анализируются причины, по которым цели не были достигнуты, при необходимости либо причины ликвидируются, либо корректируются цели. Таким образом, управление реальными системами носит многошаговый характер, когда к достигнутой цели приходят не за один, а за несколько шагов, последовательно корректируя действия с учётом достигнутых результатов. Одна из типичных ошибок управления на разных уровнях – это попытка достичь цели за один ход, что для многих, а особенно больших систем является просто нереальным по следующим при- чинам: - мы не располагаем, как правило, всей информацией о состоя- нии системы и действующих на неё факторов; - реализация решения происходит во времени, иногда значи- тельном, при этом ряд факторов, действующих в системе и на си- стему, изменяются; - большие системы инерционны и для изменения их состояния требуется значительное время; - главный действующий субъект управления – человек – кон- сервативен, и требуется адаптация к новым целям и методам их до- стижения. Таким образом, при выработке и принятии управленческого решения, необходимо учитывать дефицит информации, значи- тельный разрыв между моментами принятия и реализации реше- ния и те последствия, которые могут возникнуть (социальные, тех- нические, экономические) в результате реализации этого решения. 8 1.3 Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) Сложная АСУТП может находиться в нескольких рабочих со- стояниях, так как выход из строя отдельных её элементов не вызо- вет полного отказа системы, т. е. прекращения выполнения ею за- данных функций, но ухудшит в той или иной степени качество функционирования. Следовательно, отказ какого-либо элемента приведёт функционирующую систему в состояние частичной ра- ботоспособности. С этой точки зрения АСУТП оценивают по критериям функцио- нальной и эффективной надёжности. Под функциональной надёжностью фP понимают вероятность того, что данная система будет удовлетворительно выполнять свои функции в течение заданного времени. Эффективную надёжность эP оценивают по среднему значе- нию (математическому ожиданию) величины, характеризующей относительный объём и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с её пре- дельными возможностями. Введение критерия эффективной надёж- ности связано с тем, что каким-либо отдельным показателем функциональной надёжности не удаётся оценить функционирова- ние сложной системы. Сложная система кроме надёжности каждого блока и всей системы характеризуется ещё относительной важно- стью потери системой тех или иных качеств. Поэтому под эP по- нимается некоторая количественная мера, оценивающая качество выполняемых системой функций. 1.4 Оценка функциональной надёжности системы Прежде чем произвести оценку надёжности системы в целом, необходимо найти показатели надёжности отдельных её звеньев (подсистем). Для этого следует определить их состав на основе анализа структурной схемы данной (или проектируемой) системы. Необходимо также выделить комплекс устройств (подсистем), 9 всякий отказ в работе которых приводит к отказу всей системы. В АСУТП таким устройством (основным), как правило, является ЭВМ (вычислительное и запоминающее устройство). После этого необходимо установить функциональные связи основного устройства с дополнительными, которые в процессе ра- боты системы время от времени подключаются к основному устройству на время i для обмена и обновления информации. Очевидно, что влияние таких устройств будет определяться главным образом тем, какова вероятность нахождения этих устройств в рабочем состоянии в любой произвольный момент вре- мени t . Таким образом, функциональная надёжность системы зависит от безотказной работы как основного устройства (комплекса) в задан- ное время, так и дополнительных устройств, работающих совместно с основным в течение времени : )},(;);({ 0 iiiф PkPP tf (1.1) где )(0 tP – вероятность безотказной работы основного элемента; ik – коэффициент готовности i-го устройства; )( iiP – вероят- ность безотказной работы i -го дополнительного устройства при совместной работе с основным за среднее время при решении основной задачи. Так как вся система работает в основном режиме, то её функциональная надёжность определяется по зависимости [1] ),()( 1 0 ii m i iф PkPP t (1.2) где m – количество дополнительных устройств в системе. Если резервирования в системе нет, то ePeP ttt iii )(;)( 00 , (1.3) 10 где 0 , i – соответственно средняя интенсивность отказов основ- ного и дополнительного устройств. Из сказанного следует, что функциональная надёжность учи- тывает временные функциональные связи между дополнительными и основными устройствами системы. 1.5 Оценка эффективной надежности систем Для определения эффективной надёжности системы следует рассмотреть все комбинации состояний устройств, составляющих полную группу событий. Так как каждое из ( 1m ) рассматривае- мых устройств (включая основное) может иметь два состояния (ис- правно или нет), то число комбинаций, составляющих полную группу событий, будет равно 12mn . Тогда эффективная надёж- ность системы определяется выражением [1]: n j jjэ EPP t 1 ,)( (1.4) где )(tPj – вероятность j-го состояния системы в какой-либо мо- мент времени t ; jE – коэффициент эффективности; определяется как весовой коэффициент важности выполняемых задач в j -м состоянии системы по сравнению с полным объёмом задач, ре- шаемых в системе. Коэффициент эффективности jE показывает, насколько сни- жается работоспособность системы при отказе данного элемента, т. е. характеризует в системе вес элемента по надёжности и может принимать значения 10 jE . Для элементов, отказ которых не влияет на выполнение системой основных функций, 0jE . Для элементов, отказ которых приводит к полному отказу системы, 1jE . 11 Для вычисления коэффициентов эффективности системы jE необходимо вычислить jE по каждой частной задаче с учетом её относительной важности. Коэффициент jE в этом случае опре- деляется как сумма весовых коэффициентов частных задач, решае- мых системой в j -м состоянии: R i ij EE 1 , где R – количество частных задач, решаемых в j-м состоянии. Таким образом, эффективная надёжность характеризует отно- сительный объём и полезность выполняемых системой функций в течение заданного времени по сравнению с её предельными воз- можностями. Задание и исходные данные для расчёта 1. Задана система управления состоящая из основного устройства А и вспомогательных устройств В, С, D, E (рис. 1.2. а-- в). 2. Требуется рассчитать функциональную и эффективную надёжность системы при интенсивности отказов основного и до- полнительного устройств (табл. 1.2.). 3. Составить таблицу возможных состояний системы управ- ления. 4. Коэффициенты готовности вспомогательных устройств 8,0BK ; 85,0CK ; 9,0K D ; 95,0EK . Интенсивность от- казов основного устройства 61005,0A ч. Время работы си- стемы 960t ч. Задание, согласно номеру варианта по табл. 1.1., выдаёт преподаватель. 12 Таблица 1.1 Исходные данные Таблица 1.2 Интенсивность отказов устройств Наименование устройства Интенсивность отказов ∙10-6, ч Max Med Min Тензодатчики 6,40 3,30 1,50 Модуль ввода сигналов 0,50 0,11 0,03 Панель оператора 1,85 0,97 0,65 Клапаны 1,0 0,40 0,12 Датчик температуры 3,73 2,60 1,47 Индикатор 2,78 1,12 0,76 Частотный преобразователь 22,3 9,58 2,2 Вентилятор 0,93 0,60 0,45 Пульт оператора 0,6 0,09 0,058 Задвижка 0,12 0,075 0,048 № вари- анта Схема (рис. 1.2) Интенсивность отказов вспомогательных устройств Вспомогательные устройства B C D E 1 Cхема а min med max min 2 max med 3 max max 4 min min 5 Схема б med max min med 6 min max 7 med min 8 Схема в max min med max 9 max min 10 max med 13 Двигатель 0,58 0,30 0,11 B Тензодатчики С Модуль ввода сигналов А ПЛК D Панель опера- тора E Клапана E1=0, 1 E2=0,05 E3=0,2 E4=0,3 E5=0,1 E6=0,1 E8=0,1 E7=0,05 а.) 14 B Датчик темпе- ратуры E1=0,1 А ПЛК С Индикатор D Частотный пре- образователь E Вентилятор E3=0,05 E2=0,2 E5=0,1 E6=0,1 E7=0,1 E8=0,05 б.) 15 Рис. 1.2. Блок-схемы систем: В Пульт опера- тора E1=0,1 А ПЛК С Задвижка D Частотный пре- образователь E Двигатель E2=0,1 E3=0,3 E4=0,1 E5=0,15 E6=0,1 E7=0,05 E8=0,1 в 16 а–в – варианты схем согласно табл. 1.1 Порядок выполнения работы 1. Сначала определяют вероятность безотказной работы эле- ментов по зависимости (1.3). 2. Функциональная надёжность системы рассчитывается по за- висимости (1.2). 3. Чтобы определить эффективную надёжность системы, необходимо составить таблицу состояний системы. Таблица возможных состояний системы строится по следующим правилам. Если устройство исправно, принимается вероятность P и коэффициент эффективности E , если неисправно – )1( PP , коэффициент эффективности равен при этом равен 0. Пример. Система состоит из основного устройства А и вспомо- гательных B, C. Блок-схема приведена на рис. 1.3. Рис. 1.3. - Блок-схема системы управления А Частотный пре- образователь В Преобразователь давления С Насос E3 E2 E4 E5 E1 17 Возможные состояния система приведены в табл. 1.3. Таблица 1.3 Возможные состояния системы управления насосом Состояние системы Расчетные формулы P j E j ABC PA ∙ PB ∙ PC E1 + E2 + E3 + E4 + E5 CAB PA ∙ PB ∙ (1 - PC) E1 + E2 + E3 + E4 CBA PA ∙ (1 - PB) ∙ PC E3 + E4 + E5 BCA (1 - PA ) ∙ PB ∙ PC E1 + E2 + E5 CBA PA ∙ (1 - PB) ∙ (1 - PC) E3 + E4 CBA (1 - PA ) ∙ PB ∙ (1 - PC) E1 + E2 CBA (1 - PA ) ∙ (1 - PB) ∙ PC E5 CBA (1 - PA ) ∙ (1 - PB) ∙ (1 - PC) 0 Примечание: A – устройство исправно; A устройство неис- правно. После этого по зависимости (1.4) рассчитать эффективную надежность. На основании полученных значений функциональной и эффек- тивной надежности сделать выводы. Для упрощения расчетов целесообразно воспользоваться приложением к данной работе Лабораторная1.xls Контрольные вопросы 1. Понятие системы. Виды систем. 2. Как обеспечивается функционирование системы? 3. Охарактеризуйте понятие большой системы. 4. Понятие управления. 5. Какое управление является оптимальным? 6. Можно ли достичь всех целей управления реальной систе- мой за один ход? Почему? 7. По каким критериям оценивается надежность АСУТП? 8. Что такое коэффициент эффективности? 18 9. Что такое таблица состояний системы и для чего она нужна? Содержание отчета 1. Титульный лист. 2. Цель работы. 3. Исходные данные. 4. Таблица возможных состояний системы. 5. Значения функциональной и эффективной надежности системы. 6. Выводы. Литература 1. Вайрадян, Л. С. Надёжность автоматизированных систем уп- равления / Л. С. Вайрадян, Ю. Н. Федосеев; под ред. Я. А. Хе- тагурова. Ч. 1, 2. – М. : МИФИ, 1974. 19 Лабораторная работа № 2 ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЙ РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ Цель работы: 1. Познакомиться с методикой расчета экономической эффек- тивности внедрения АСУТП. 2. Определить прибыль от внедрения АСУТП и срок окупаемо- сти затрат на нее. 3. Сделать выводы о целесообразности внедрения АСУТП на предприятии. 2.1 Общие положения Автоматизированные системы управления технологическими процессами обеспечивают повышение эффективности производ- ства за счёт повышения производительности труда, увеличения объёма производства, улучшения качества выпускаемой продукции, рационального использования основных фондов, материалов и сы- рья и уменьшения числа работающих на предприятии. Внедрение СУ отличается от обычных работ по внедрению новой техники тем, что оно позволяет перевести производственный процесс на каче- ственно новую ступень развития, характеризуемую более высокой организацией (упорядоченностью) производства [1]. Качественное улучшение организации производства обуслов- лено значительным увеличением объёма обрабатываемой в СУ ин- формации, резким увеличением скорости её обработки и примене- нием для выработки управляющих решений более сложных методов и алгоритмов, чем те, которые использовали до внедрения АСУТП. Экономический эффект, получаемый от внедрения одной и той же системы, зависит от уровня организованности производства (стабильности и настроенности технологического процесса (ТП)) 20 до и после внедрения АСУТП, т. е. может быть различным для разных предприятий. 2.2 Основные затраты на создание и эксплуатацию системы управления Основные затраты на создание СУ состоят, как правило, из за- трат на предпроектные и проектные работы nS и затрат обS на приобретение специального оборудования, устанавливаемого в СУ. При этом в стоимость проектных работ включают помимо расхо- дов, связанных с разработкой проекта, и затраты на разработку математического обеспечения и внедрение СУ, а в стоимость оборудования – помимо стоимости средств управляющей вычис- лительной техники, устройств подготовки, передачи и отображения информации, стоимость тех узлов технологического оборудова- ния, модернизация или разработка которых вызвана условиями работы оборудования в системе ТП – АСУТП [1]. Кроме затрат на создание СУ предприятие несёт ещё и затраты на её эксплуатацию. Таким образом, годовые затраты на СУ [1] SSSС эксобnC T/)( , (2.1) где T – время эксплуатации; обычно 75T лет; эксS – годовые эксплуатационные затраты, руб. Эксплуатационные затраты на СУ [1] ,. ' .. SSSSS кмэфапзэкс (2.2) где пзS . ' – годовой фонд заработной платы персонала, обслужи- вающего СУ, руб.; фаS . – амортизационные отчисления и плата за фонды, руб.; эS – затраты на коммунальные услуги (электроэнер- гию, воду и т. п.), руб.; кмS – годовые затраты на материалы и ком- плектующие изделия, руб. 21 Амортизационные отчисления и плата за фонды [1] ),( 1 aaSS фa n i обаф ii (2.3) где обiS – стоимость оборудования i -го типа, руб.; aia – коэффици- ент амортизационных отчислений по i -му типу оборудования; фa – коэффициент отчислений за фонды. Годовой фонд заработной платы персонала, обслуживающего СУ [1] ,)1( '. ' . ' . mkStS нцпзpпз (2.4) где pt – время работы обслуживающего персонала за год, ч; пзS . ' – средняя часовая ставка обслуживающего персонала, руб.; нцk . – коэффициент цеховых накладных расходов; 'm – численность об- служивающего СУ и специализированные устройства технологиче- ского оборудования персонала, чел. Методика детерминированного расчёта экономической эффективности АСУТП Увеличение объёма производства при внедрении СУ связано с увеличением темпа прироста объёма выпускаемой продукции. Объём выпускаемой продукции при внедрении СУ ,'' BBBB nnв (2.5) где eB – объём выпущенной продукции за прошедший год до внедрения СУ, шт.; nB – планируемый прирост объёма выпуска- 22 емой продукции при отсутствии СУ, шт.; nB ' – дополнительное увеличение объёма выпускаемой продукции при внедрении СУ. Внедрение СУ позволяет улучшить качество продукции и увели- чить долю изделий высших сортов или классификационных групп. С учётом увеличения объёма производства прибыль, кото- рую получает предприятие за счёт выпуска изделий высших сортов или классификационных групп, можно определить по зависимости ,)( 1 ' 1 '' PBBPBP in n i Bi n i i ii (2.6) где iB ' – объём выпускаемой продукции i -й группы после внед- рения СУ, шт.; BiB ' – объём выпущенной продукции i -й группы за прошедший год до внедрения СУ, шт.; niB – планируемый прирост объёма выпускаемой продукции i -й группы при отсутствии СУ, шт. Прибыль, полученную на единицу продукции без СУ iP и с ней iP ' , вычисляют по формулам: SCP iii ; SCP iii ''' , (2.7) где iC и iC ' – соответственно цена единицы продукции при отсут- ствии СУ и с ней, руб.; iS и iS ' – соответственно себестоимость единицы продукции при отсутствии СУ и с ней, руб. Снижение расходов на заработную плату в случае сокращения численности работающих при внедрении СУ ,)1( ....... mKStS cнцпзсcpпзс (2.8) 23 где срt . – время работы персонала, подлежащего сокращению, за прошедший год, ч; пзсS .. – средняя часовая ставка сокращённого персонала, руб.; cm – численность сокращённого персонала, чел. В этом случае снижение удельных трудовых затрат от внедрения СУ можно определить по зависимости: ,)1( ' ' .... . ' .. B S BB S KS пз nB пз нзпз (2.9) где нзK . – коэффициент общезаводских накладных расходов; пзS . – фонд заработной платы с общезаводскими накладными рас- ходами до внедрения СУ, руб., т.е. нпзпзпз SSS ... ' . . С учётом затрат на создание и эксплуатацию СУ определя- ют себестоимость i -го типа изделий после внедрения СУ: ,/ ''' . ' BСSSSS скмпзii (2.10) а снижение себестоимости изделий i -го типа от внедрения АСУТП SSS iii ' (2.11) При отказе СУ предприятие несёт убытки от невыполнения пла- на реализации: , ' ' 1 t t PBD пр пр i n i пр пр i где iпрB . – объём продукции, недовыпущенной из-за простоя СУ, шт.; прt ' – время простоя СУ в течение года во время работы 24 технологического оборудования, ч; прt – плановое время работы технологического оборудования в году, ч. Прибыль от внедрения СУ с учётом убытков от её простоев PBB t t PBP i n iпр пр i n i iпр nB ii )(1 1 ' ' 1 '' (2.12) Без учёта уровня общей организованности производства или ТП срок окупаемости затрат на создание и функционирование СУ определяют по формуле: SP SS T экспр обn ок ' (2.13) Задание и исходные данные для расчёта 1. Определить прибыль от внедрения АСУТП и срок окупаемо- сти затрат на неё. Значения T , ВВ , nB , nB ' выбирают из табл. 2.1, остальные данные берут из табл. 2.2. Таблица 2.1 Данные для расчета по вариантам № вар. Длитель- ность эксплуатации системы Т, лет Объем выпу- щенной про- дукции за год до внедрения СУ eB , шт. Планируемый прирост объ- ема выпускае- мой продукции без СУ nB , шт. Прирост объ- ема выпускае- мой продукции при внедрении СУ nB ' , шт. 1 5 7101 5104 6101 2 5 7101 5104 6102 3 5 7101 5104 6103 25 Окончание табл. 2.1 № вар. Длитель- ность эксплуатации системы Т, лет Объем выпу- щенной про- дукции за год до внедрения СУ eB , шт. Планируемый прирост объ- ема выпускае- мой продукции без СУ nB , шт. Прирост объ- ема выпускае- мой продукции при внедрении СУ nB ' , шт. 4 5 7101 5105 6101 5 5 7101 5105 6102 6 6 7102 5105 6103 7 6 7102 5106 6101 8 6 7102 5106 6102 9 6 7102 5106 6103 10 6 7102 5104 6101 11 7 7103 5104 6102 12 7 7103 5104 6103 13 7 7103 5105 6101 14 7 7103 5105 6102 Таблица 2.2 Исходные данные Обозначение Значение Предпроектные и проектные затраты nS , руб 80 000 Капитальные вложения (стоимость оборудования) обS , руб 160 000 Среднее число рабочих часов в году pt , ч 4220 Длительность эксплуатации СУ Т, лет 7 26 Окончание табл. 2.2 Обозначение Значение Средняя часовая ставка обслужива- ющего систему персонала пзS . ' , руб 0,7 Средняя часовая ставка сокращен- ного персонала пзс S .. , руб 0,53 Численность обслуживающего си- стему персонала m′, чел 4 Численность сокращенного персонала mс, чел 12 Коэффициент амортизационных отчислений aa 0,02 Коэффициент отчислений за фонды aф 0,06 Коэффициент цеховых накладных расходов Kц.н 1,0 Коэффициент общезаводских накладных расходов Kз.н 1,0 Затраты на коммунальные услуги Sэ, руб 1 900 Затраты на материалы и комплек- тующие изделия Sкм, руб 3 900 Себестоимость единицы продукции до внедрения СУ Si, руб 2100,8 Окончательные результаты, выраженные в денежных единицах, умножаются на коэффициент 30uK . 2. Установлены следующие цены на изделия по группам: 2100,8AА SC руб.; AБ SC 2,1 руб.; AB SC 8,1 руб.; AГ SC 5,2 руб. Цены на изделия до и после внедрения АСУТП не изменяются. Себестоимость всех изделий до внедрения АСУТП – 2100,8 руб., после внедрения АСУТП себестоимости изделий всех групп также между собой равны. 3. Распределение изделий по классификационным группам представлено в табл. 2.3. 27 Таблица 2.3 Распределение изделий по группам, % Группа А Б В Г До внедрения АСУТП 21,3 44,7 26,0 8,0 После внедрения АСУТП 14,2 42,5 31,3 12,0 Порядок выполнения работы 1. Затраты на создание системы известны, определяются за- траты на её эксплуатацию, предварительно вычислив годовой фонд заработной платы персонала, обслуживающего систему управления по зависимости (2.4) 2. Для расчета амортизационных отчислений и платы за фонды по зависимости (2.3) делается допущение, что для всего оборудова- ния СУ амортизационные отчисления одинаковы. 3. По зависимости (2.2) вычисляется полный объём затрат на эксплуатацию системы. 4. Ориентировочные годовые затраты на создание и эксплуа- тацию системы определяются по зависимости (2.1) 5. Объём выпускаемой продукции после внедрения АСУТП находят по зависимости (2.5). 6. По зависимости (2.8) находят снижение трудовых затрат на производстве. 7. Снижение удельных трудовых затрат на внедрение СУ – по зависимости (2.9). 8. Себестоимость единицы продукции группы А при функцио- нировании СУ по зависимости (2.10). И значит, согласно заданию, ГВБA SSSS '''' . 9. Снижение себестоимости изделий группы А (2.11). Следо- вательно, ГВБA SSSS . При функционировании СУ изменяются не только себестоимость изделия, но и номенклатурное распределение изделий по группам А, Б, В, Г в % от всего объёма выпускаемых изделий (см. исходные данные, табл. 2.3). Рассчитать прибыль по формулам (2.7) по каж- дой группе изделий и занести результаты в табл. 2.4. 28 Таблица 2.4 Результаты расчета прибыли по группам изделий Группа изделий Цена изделия, руб. До внедрения СУ После внедрения СУ Количество изделий, шт. Прибыль Pi, руб. Количество изделий, шт. Прибыль P’i, руб. А Б В Г 10. Время простоя СУ при работающем технологическом обо- рудовании обычно очень мало (менее 1 %), поэтому в зависимости (2.12) величина 11 ' t t пр пр . Значит, прибыль от внедрения АСУТП можно рассчитать по за- висимости (2.6). 11. Наконец, по зависимости (2.13) определяем срок окупаемо- сти затрат на создание АСУТП. 12. Сделать вывод о целесообразности внедрения АСУТП. Для упрощения расчетов целесообразно воспользоваться прило- жением к данной работе Лабораторная2.xls Контрольные вопросы 1. Как обеспечивается повышение эффективности производства? 2. Преимущества внедрения АСУ. 3. Из чего состоят затраты на создание и внедрение СУ? 4. Что такое эксплуатационные затраты? Какую часть основных затрат они составляют? 5. Как определить срок окупаемости затрат на функционирова- ние АСУ? 29 Содержание отчета 1. Титульный лист. 2. Цель работы. 3. Исходные данные. 4. Результатов расчетов. 5. Выводы. Литература 1. Вальков, В. М. Автоматизированные системы управления тех- нологическими процессами / В. М. Вальков, В. Е. Вершин. – Л. : Политехника, 1991. – 269 с. 30 Лабораторная работа № 3 РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ АСУТП С УЧЁТОМ НЕУПОРЯДОЧЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА Цель работы: 1. Познакомиться с понятием неупорядоченности системы, влиянием неупорядоченности на экономическую эффективность АСУТП. 2. Изучить методику расчета экономической эффективности АСУТП с учётом неупорядоченности производства. 3. Определить прибыль от модернизации и срок окупаемости затрат на СУ в случае её модернизации и с учётом неупорядоченно- сти производства. 3.1 Общие сведения Результаты, полученные при детерминированном расчёте экономической эффективности, справедливы лишь при условии абсолютной упорядоченности производства, т. е. его абсолютной стабильности. Абсолютно стабильных технологических процессов в реальном производстве нет, так как последние подвержены воз- действию многих случайных факторов, вызывающих изменение свойств как объектов производства, так и организационных процес- сов управления ими. Нестабильность производства всегда приводит к уменьшению расчётного экономического эффекта, получаемого от внедрения СУ. В качестве обобщённого критерия эффективности работы СУ, который учитывает нестабильность производства, принима- ют неупорядоченность системы nr [1]. При этом за основу оценки nr берут отклонение контролируемой переменной от её опти- мального значения. В качестве переменной величины обычно 31 принимают производительность обработки, объём выпущенной продукции, прибыль (годовой доход) предприятия. 3.2 Влияние неупорядоченности производства на экономическую эффективность АСУТП В теории информации мера неопределённости сопоставляется с термодинамическим понятием энтропии, а количество информа- ции равно уменьшению этой неопределённости. Из статистической физики известно [2], что для систем, со- стоящих из большого числа элементов, справедливо соотношение ,ln nraS (3.1) где S – энтропия; a – постоянная; nr – неупорядоченность системы. Энтропия системы, предоставленной самой себе, возрастает, т. е. в естественных условиях любая система стремится к беспорядку. Противостоять нарастанию беспорядка могут только процессы управления. Процесс управления – это по существу борьба с неупорядо- ченностью, а управление – это переработка и использование ин- формации с выдачей управляющих воздействий [3]. Неупорядоченность системы приводит к снижению эффектив- ности её использования. Поэтому можно считать, что эффектив- ность системы )),(1(max nrfЭЭ (3.2) где maxЭ – эффективность идеально работающей системы; 0 0 )( II nn errf – некоторая функция, изменение аргумента ко- торой ведёт к изменению неупорядоченности и, в конечном итоге, эффективности системы. Тогда получим 32 ),1( 0 0max II n erЭЭ (3.3) где 0n r – неупорядоченность системы при её исходном состоянии; 0I , I – количество перерабатываемой информации до и после про- ведения мероприятий по снижению неупорядоченности производ- ства. Так как в качестве критерия эффективности системы может быть использован любой производственный показатель, примем для наглядности в качестве критерия эффективности Э годовую при- быль предприятия. Считается, что стоимость СУ, реализующей сбор и преобразование управляющей информации, пропорциональ- на количеству информации. Обозначим через К стоимость СУ. Тогда выражение (3.3) примет вид )1( 0 0max KK n erЭЭ , (3.4) Усложнение СУ, связанное с дополнительным капиталовложе- нием dК, даёт прирост эффективности системы dЭ. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений , dЭ dK Ток (3.5) Тогда из зависимости (3.4), учитывая, что 0 0 KK nn err и при 0ок T K=0, находим новый срок окупаемости затрат ,' 0 0 n n окок r r TТ (3.6) 33 где 0ок T – срок окупаемости дополнительных средств, вкладывае- мых при исходном состоянии системы (при неупорядоченности 0n r ), рассчитанный детерминированным методом. Таким образом, из выражения (3.6) видно, что срок окупае- мости обратно пропорционален неупорядоченности nr . Методика расчёта экономической эффективности АСУТП с учётом неупорядоченности производства Данная методика определяет порядок расчёта прибыли и срока окупаемости АСУТП при снижении неупорядоченности произ- водства, которое обеспечено модернизацией СУ. В реальном технологическом процессе, в силу его сложности и многогранности, постоянно происходят отклонения фактических характеристик и параметров от их теоретически рассчитанных значений. Выберем за контролируемый параметр объём выпускаемой продукции. Вычислим разницу между теоретически рассчитанным и фактически выпущенным объёмом продукции: , %100 A B B (3.7) где А – объём недовыпущенной относительно плановых расчётов продукции, %. Тогда неупорядоченность производственной системы, влияющая на объём выпускаемой продукции, . '0 B B rn (3.8) Уменьшить неупорядоченность производственной системы можно путём модернизации старой или внедрениям новой, более совершенной СУ. 34 По несколько изменённой зависимости (2.1) находим дополни- тельные годовые затраты на модернизацию системы , д дд д экс обn c SТ SS C где дn S – дополнительные затраты на проектные работы: ; %100 1A S S nnд (3.9) доб S – дополнительные капиталовложения (затраты на оборудо- вание): , %100 2А S S обобд (3.10) где 1A , 2A – соответственно доля стоимости проектных работ и но- вых или изменённых узлов оборудования при модернизации СУ, %. По зависимости (3.2) находим дополнительные эксплуатацион- ные затраты: .' ... ддддд мкэфапзэкс SSSSS Учитывая, что эффективность системы зависит от количества обрабатываемой в ней информации, которая пропорциональна вели- чине капиталовложений, определим фактически получаемую при- быль с учётом неупорядоченности производственной системы: )1(' 0 0max KK n erPP 35 где max 'P – прибыль (эффективность), рассчитанная детерминиро- ванным методом, руб. Для определения прибыли рассчитаем неупорядоченность про- изводства с учётом модернизации СУ: 0 0 KK nn err (3.11) где K , 0K – соответственно дополнительные затраты на модерни- зацию и затраты на создание и эксплуатацию старой СУ, руб. Срок окупаемости модернизированной системы ,' 0 0 n n окок r r TТ (3.12) где 0ок T – срок окупаемости затрат, т. е. время, к истечению кото- рого 00KK . Срок окупаемости затрат на систему с учётом дополнительных затрат . )('max 0 д дд эксэкс обобnn ок SSP SSSS T (3.13) С учётом неупорядоченности производства окончательно срок окупаемости затрат на создание и эксплуатацию системы определя- ем по зависимости (3.12). Задание и исходные данные для расчета 1. Требуется определить прибыль от модернизации и срок окупаемости затрат на СУ в случае её модернизации и с учётом неупорядоченности производства. 36 2. Значения A , 1A , 2A выбирают из табл. 3.1 согласно номера варианта, выданного преподавателем, остальные необходимые для расчёта величины – из табл. 2.2. 3. Окончательные результаты, выраженные в денежных еди- ницах, умножаются на коэффициент 30иK . Таблица 3.1 Данные для практического занятия № вар. Объём недовыпу- щенной относи- тельно плановых расчётов продукции A , % Доля стоимости проектных работ при модернизации системы 1A , % Доля стоимости дополнительных затрат на оборудо- вание при модерни- зации системы 2A , % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 15 15 15 15 15 25 25 25 30 30 30 35 35 35 25 25 25 30 30 30 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 Порядок выполнения работы 1. Расчёт потери объёма производства по зависимости (3.7). 2. Расчёт неупорядоченности производственной системы по зависимости (3.8) 37 Модернизация системы путём организации обратной связи позволит осуществлять контроль качества изделий и корректиров- ку технологического процесса во время его функционирования, т. е. можно будет вести речь о синхронном управлении в реальном времени. Пусть плановый объём выпускаемой продукции, заработная плата и численность обслуживающего систему персонала остались прежними (в соответствии с лабораторной работой № 2). Проект- ные работы по модернизации системы увеличились на 1A , стои- мость нового оборудования составила 2A от стоимости оборудо- вания старой СУ, а годовые затраты на коммунальные услуги уве- личились на 0,5 тыс. руб. 4. По зависимости (3.9) определить дополнительные затраты на проектные работы, а по зависимости (3.10) дополнительные за- траты на оборудование. 5. По зависимости (2.3) находим амортизационные отчисления и плата за фонды. 6. Учитывая, что 5,0 дэ S тыс. руб., а дпзS . ' и мкS . ' не изменились, по зависимости (2.2) определить эксплуатационные затраты на СУ дэкс S . 7. Таким образом, можно определить по зависимости (2.1) го- довые затраты на модернизацию системы. 8. Учитывая, что данное увеличение капитальных вложений в весьма малой степени влияет на себестоимость изделий ( 2' 1004,0 дiS руб.), максимально возможную полученную прибыль берём из отчёта по занятию № 2, а прибыль с учётом неупорядоченности производства рассчитываем по зависимости (3.4). 9. Определить неупорядоченность производства с учётом модернизации СУ, по зависимости (3.11). 10. Рассчитать срок окупаемости затрат на систему с учётом дополнительных затрат по зависимости (3.13) и с учетом неупо- рядоченности производства окончательно получаем по зависи- мости (3.12): 38 11. Сравнить полученные результаты с результатами расчета в лабораторной работе № 2. Сделать выводы. Для упрощения расчетов целесообразно воспользоваться прило- жением к данной работе Лабораторная3.xls Контрольные вопросы 1. Понятие неупорядоченности системы. 2. Влияние неупорядоченности на АСУТП. Способы уменьше- ния неупорядоченности. 3. Как определить дополнительные годовые затраты на модер- низацию системы и дополнительные эксплуатационные затраты? Что учитывает этот расчет? 4. Связь между получаемой прибылью и неупорядоченно- стью. 5. Срок окупаемости модернизированной системы. 6. Преимущества расчета экономической эффективности АСУТП с учётом неупорядоченности производства. Содержание отчета 1. Титульный лист. 2. Цель работы. 3. Исходные данные. 4. Результаты расчета. 5. Выводы. Литература 1. Трапезников, В. А. Автоматическое управление и экономика / В. А.Трапезников // Автоматика и телемеханика. – 1966. № 1. – С. 5 – 22. 2. Алексеев, Г. Н. Энергия и энтропия / Г. Н. Алексеев. – М. : Знание, 1988. – 192 с. 3. Смирнов, С. В. Управление машиностроительным предпри- ятием / С. В. Смирнов, С. Н. Ефимушкин, А. А. Колобов / Под ред. С. Г. Пуртова, С. В. Смирнова. – М. : Высшая школа, 1989. – 240 с. 39 Лабораторная работа № 4 УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Цель работы: 1. Ознакомиться с методами определения показателей качества; 2. Выделить виды технического контроля продукции; 3. Проанализировать систему показателей качества базового и нового агрегатных станков и определить относительные показатели качества. 4.1 Система управления качеством продукции Управление качеством продукции включает действия, осу- ществляемые при создании и эксплуатации или потреблении про- дукции, в целях установления, обеспечения и поддержания необ- ходимого уровня её качества. Качество продукции – это сово- купность свойств изделия, обусловливающих её пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с её назначением [2]. Качество изделий машиностроения характеризуется теми их свойствами, которые являются их объективной особенностью, проявляющейся в процессе эксплуатации изделия путём удовле- творения в той или иной мере потребностей народного хозяйства и населения. Количественная характеристика свойств изделия, определяю- щих его качество, называется показателем качества. В зависи- мости от числа свойств, включённых в показатель качества, он может быть единичным (одно свойство, например, производитель- ность) или комплексным (несколько свойств, например, ремонто- пригодность можно охарактеризовать коэффициентом готовности ГK техники, который включает в себя два свойства: наработку из- 40 делия на отказ 0T и среднее время восстановления изделия вT , т. е. TT T K в Г 0 0 . Номенклатура показателей качества разнообразна и в зависимо- сти от их характера разделяется на группы [1, 3]: 1. Показатели назначения изделия – мощность, производи- тельность, скорость и др.; 2. Показатели экономичного использования сырья, электро- энергии при эксплуатации машин и механизмов у потребителя. Например, удельный расход энергии, потреблённой станком, на единицу произведённой продукции и др.; 3. Показатели надёжности: безотказность: вероятность безотказной работы, время нара- ботки на отказ при заданной вероятности, интенсивность отказов; долговечность: технический ресурс, срок службы; ремонтопригодность: среднее время восстановления, ве- роятность восстановления работоспособности в течение заданного времени, коэффициент готовности, коэффициент технического ис- пользования; сохраняемость изделия: время возможного хранения и транспортирования при сохранении заданных технических характе- ристик; защищённость изделия от вредных воздействий – теплоты, влажности, пыли, агрессивных сред и др. 4. Показатели безопасности, отражающие требования, обеспе- чивающие безопасность человека в производственных условиях; 5. Эргономические показатели, учитывающие требования ги- гиенических (освещённость, температура, влажность, напряжён- ность магнитного и электрического полей, запылённость, токсич- ность, шум, вибрации, перегрузки), антропометрических (соответ- ствие конструкции изделия размерам и форме человека), физиологических (соответствие конструкции изделия силовым, скоростным, зрительным, слуховым, осязательным физиологиче- ским возможностям человека), психологических (возможность че- ловека воспринимать и перерабатывать информацию, выдаваемую 41 машиной; возможность использования закрепленных и вновь фор- мируемых навыков человека) свойств человека, проявляемых в производстве и быту при эксплуатации, использовании или потреб- лении изделия. 6. Эстетические показатели, характеризующие выразительность и рациональность формы, целостность композиции, совершенство исполнения, товарного вида, соответствие современному стилю оцениваемого изделия и другие группы показателей. 7. Показатели технологичности изделия: удельная трудоёмкость изготовления, удельная материалоёмкость, коэффициент сборности (блочности). 8. Показатели стандартизации и унификации, характеризую- щиеся процентом применяемости унифицированных и стандартных сборочных единиц. 9. Патентно-правовые показатели: показатель патентной защи- ты, показатель патентной чистоты. Различают показатели качества изделия, продукции, работы и труда [2, 3]. Показатель качества изделия количественно характери- зует его полезность и потребительскую стоимость, но так как научно-методические и технические решения количественной оценки качества изделий до настоящего времени несовершенны, то эта характеристика довольно приближённа. Показатель качества продукции количественно характеризует качество определённой массы изделий (партия, выборка, годовая программа и др.) по содержанию в этой массе продукции изделий, качество которых отвечает заданным требованиям, или по откло- нениям от заданного качества выявленного количества изделий. Показатель качества работы используют в тех производствах или организациях, где продукцией являются не изготовленные ими ма- териальные ценности, а работа. Это могут быть, например, разра- ботка технологий и конструкторской документации, переработка информации, ремонтные или погрузочно-разгрузочные работы и др. Показатель качества труда количественно характеризует полез- ность труда коллектива или отдельного работника, которые участ- вуют в создании ценностей различного назначения для удовлетво- рения потребностей общества. 42 Известны различные методы определения показателей качества: измерительный, регистрационный, расчётный, экспертный, со- циологический, органолептический, комбинированный [3]. Измерительный метод использует для установления значе- ний показателей качества изделий технические средства измерения. Регистрационный метод определения показателей качества продукции основан на наблюдении и подсчете числа событий, предметов и случаев. Например, подсчет числа изделий с устрани- мыми и неустранимыми дефектами за определённый период време- ни, в течение которого выпускалась продукция. Расчётный метод определения показателей качества приме- няется при разработке новых изделий. При этом используют теоретические и эмпирические зависимости, а для расчёта часто, особенно в последние годы, используют средства вычислительной техники. Этим методом рассчитывают значения таких показате- лей качества будущих изделий, как производительность станка, надёжность техники, мощность электродвигателя и др. Экспертный метод определения показателей качества ис- пользуют главным образом для группы эстетических показателей качества изделий. Назначается группа экспертов (специалистов в данной области), которая в определенных единицах (баллах) дает оценку потребительских свойств новых видов товаров, обычно бытового назначения (телевизоров, холодильников, мотоциклов и др.). В машиностроении этот метод применяется крайне редко. Социологический метод определения показателей качества продукции обычно используют при проведении выставок, на поку- пательских конференциях и совещаниях, где фактические или по- тенциальные покупатели и потребители будущей продукции с по- мощью опросных листов, анкет или устно высказываются о каче- стве продукции. Этот метод широко распространён за рубежом ив последние годы достаточно часто используется и у нас в стране. Органолептический метод основан на анализе восприятий ор- ганов чувств таких потребительских свойств продукции, как цвет, запах и т. д. и в машиностроении практического применения не находит. 43 Комбинированный метод – это сочетание нескольких различ- ных методов определения показателей качества, дополняющих друг друга, что обеспечивает получение всесторонней оценки качества. В зависимости от цели оценки в практике машиностроения используют такие понятия, как «качество изделия» и «техниче- ское качество изделия», «уровень качества изделия» и «техниче- ский уровень качества изделия». В отличие от термина «качество изделия» термин «техническое качество изделия» включает не всю совокупность свойств, а лишь те, которые характеризуют технические параметры изделия и не учитывают эстетические, эргономические, экологические и другие свойства изделия, не являющиеся его техническими характеристи- ками. Для сравнительной оценки качества изделия с качеством ра- нее выпускавшихся, перспективных или лучших отечественных и зарубежных изделий, которые принимают за базу сравнения, определяют уровень качества изделия путем сравнения значений показателей качества оцениваемого изделия со значениями соответ- ствующих показателей базового изделия (рис. 4.1). Технический уровень изделия определяют аналогично, путем сравнения значе- ний показателей технического качества изделия. Рис. 4.1 - Система понятий качества, технического качества и уровней: 44 А, В – изделия-аналоги; Б – базовое изделие; К, ТК – соответ- ственно качество, техническое качество изделий; УК, ТУ – соответ- ственно уровень качества, технический уровень качества изделий. Базовое изделие в зависимости от целей оценки выбирают с различных позиций. Если следует оценить технический уровень нового изделия по сравнению с имеющимся, то за базовое изделие принимаются лучшие из имеющихся аналогов. Это – ретроспек- тивная оценка. Если за базовый аналог взять идеальное изделие будущего, которое можно получить на данной ступени научно- технического развития общества, то различие между его техни- ческим качеством и техническим качеством оцениваемого из- делия позволит определить его технический потенциал – перспек- тивная оценка. 4.2 Организация технического контроля Первостепенную роль в системах управления качеством на пред- приятиях играет технический контроль, от степени совершенства, технического оснащения и организации которого во многом зависит эффективность производства. Этим объясняется большое внимание к совершенствованию средств и методов технического контроля на машиностроительном предприятии, позволяющим при минималь- ных затратах достичь высокой стабильности показателей качества продукции. Обеспечение качества продукции на всех этапах произ- водственного процесса является предпосылкой высокоэффективной работы предприятия. Основной задачей технического контроля на промышленном предприятии является предотвращение выпуска продукции, не удовлетворяющей установленным требованиям, сле- довательно, технический контроль – это проверка соответствия про- цессов, от которых зависит качество продукции, и их результатов установленным техническим требованиям. На машиностроительных предприятиях применяют различные виды технического контроля, отличающиеся по методу исполнения, месту расположения в производственном процессе, по охвату кон- тролем продукции и некоторым другим признакам. 45 В зависимости от места организации контроля на том или ином этапе производства различают следующие его разновидности. 1. Входной – это контроль сырья, материалов, комплектующих изделий и готовой продукции, поступающих от других предприятий или своих производственных участков. 2. Операционный – это контроль продукции или технологи- ческого процесса, выполняемый после завершения отдельной операции или в течение её выполнения. Операционный кон- троль выполняется мерительным инструментом и часто сопро- вождается выключением станка и снятием с него заготовки (дета- ли) для измерения. Прогрессивным видом операционного кон- троля является активный контроль, осуществляемый непосредственно в процессе изготовления продукции приборами, встроенными в технологическое оборудование. Приборы непрерывно дают показания о величине контролируе- мого параметра и используются в качестве датчиков для автомати- ческого управления процессом изготовления продукции [3]. При- менение активного контроля позволяет значительно повысить производительность технологического оборудования и исклю- чить влияние субъективного фактора на результаты контроля. 3. Приёмочный – это контроль готовой продукции после за- вершения всех технологических операций по её изготовлению, в результате которого принимается решение о пригодности продук- ции к поставке или использованию. В зависимости от полноты охвата продукции контролем вход- ной, операционный и приёмочный контроль может быть сплошным или выборочным. 1. Сплошной – это контроль, при котором решение о каче- стве принимают по результатам проверки каждой единицы продук- ции. Он почти полностью исключает возможность попадания к по- требителю некачественной продукции, но иногда его применение оказывается экономически нерациональным или практически не- возможным, например, в случае разрушающего контроля. 2. Выборочный – это контроль, при котором решение о каче- стве контролируемой продукции принимают по результатам про- верки одной или нескольких выборок из партии. В данном случае на основе ограниченного количества контрольных проверок можно 46 судить с определенной степенью точности о качестве всей партии изделий или состоянии технологического процесса. В массовом производстве чаще всего используют статистиче- ский контроль, основанный на законах статистики и теории вероятности. При относительно небольших затратах статистиче- ский контроль позволяет предупреждать возникновение брака в са- мом процессе производства, обеспечивает в сравнении со сплош- ным значительную экономию труда при измерениях и испытани- ях, а при измерении одной или нескольких величин даёт возможность, как правило, судить об изменении других величин, которые не измеряли. Внедрение статистических методов контроля является неотъем- лемой частью общей проблемы управления качеством продукции. Статистические методы используют для анализа, регулирования технологических процессов и статистического приёмочного кон- троля качества продукции. Статистический приёмочный контроль – это выборочный контроль, в котором для обоснования правил при- ёмки используют методы математической статистики. Этот ме- тод характеризуется, как и обычный выборочный контроль, тем, что из подконтрольной партии объектов непосредственной про- верке подвергается часть, которая называется выборочной. Вы- борка должна быть представительной, т.е. правильно отражать состояние всей подконтрольной партии, так как на основании каче- ства выборки формируется суждение о качестве всей подконтроль- ной партии. В практике машиностроительных предприятий используют одноступенчатый (рис. 4.2), двухступенчатый (рис. 4.3) и после- довательный статистический приёмочный контроль. Одноступенчатый контроль позволяет делать вывод о каче- стве подконтрольной партии по одной выборке. Двухступенча- тый – основан на контроле качества не более, чем по двум выбор- кам, причём отбор второй выборки определяется результатом кон- троля первой. Последовательный контроль не устанавливает заранее количество выборок, по которым будет сделано заключение о качестве всей продукции. Размер выборки, приёмочное и брако- вочное значение устанавливают исходя из требований рынка по- требителей и производителей. 47 Рис. 4.2 - Блок-схема алгоритма одноступенчатого выборочного контроля: nв – выборка; nk – подготовительная партия продукции; nb – число бракован- ных изделий в выборке; c – приёмочное количество изделий в выборке. На рис. 4.4 представлена карта последовательного выборочного контроля. На основе статистического анализа контролируемого процесса берут последовательные выборки (например, по десяти контролируемым изделиям). Для каждой выборки определяют при- ёмочное и браковочное значение С, в результате чего устанавли- вают и отмечают на карте области принятия и отклонения партий. Если же контрольная точка попадает в область повторных выборок (между приёмочным и браковочным значениями дефектных из- делий), то производят дополнительный контроль ещё одной вы- борки вn и по суммарному количеству проконтролированных объ- ектов вn и по общему количеству дефектных объектов bin определяют и отмечают на карте контрольные точки а, б, в и т. д. (см. рис. 4.4). Контроль вы- борки nв nб<С Партия nк принимается Партия nк бра- куется (разбра- ковка) Нет Да 48 Рис. 4.3 - Блок-схема алгоритма двухступенчатого выборочного контроля: С1, С2 – приёмочное и браковочное значение количества изделий в выборке соответственно Контроль вы- борки nв1 nв1