ТЕМА №1. ВСТУП. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ В АВТОМАТИЦІ
1.1 Поняття про автоматику та автоматизацію
Автоматика, яка є однією з найсучасніших наук, почала служити людям давно. Першими автоматами були, мабуть, пастки, які спрацьовували згідно із заложеним у них нехитрим алгоритмом. Саме слово "автомат" (від грецького automatos - самодіючий) з'явилось ще у стародавні часи. Тоді ж і зародились ідеї перших машин: пристрій, який після розпалювання вогню жрецем відчиняв ворота храму, був предтечею парової машини. Цікаво, що слово "автомат" з'явилось чи не раніше від слова "машина" (від латинського machina).
Машини і автомати розвивались
і вдосконалювались постійно, навіть у часи середньовіччя, а пізніше стали
основою промислового виробництва. Науку, яка займається розробкою теорії,
принципами побудови та створенням і застосуванням автоматичних пристроїв та
систем, назвали автоматикою.
Автоматизацією вважається практичне впровадження автоматики у
виробництво, що дозволяє замінити фізичну та розумову працю людини, яку вона
витрачає на керування виробництвом та технологічними процесами, роботою
відповідних технічних засобів.
З практичної точки зору автоматизація по суті, зводиться до контролю регулювання, керування та управління тими чи іншими параметрами тих чи інших технологічних процесів
Основи автоматики, як науки, заклали європейські а пізніше і американські вчені: математики, фізики, природознавці у ХVІІ-ХІХ сторіччях. Російська наука також у значній мірі спричинилася до розвитку багатьох питань розвитку теорії автоматичних систем. На Україні, яка традиційно була однією з найрозвиненіших частин російської імперії, з допомогою західних промисловців почалось прокладання залізничних колій, спорудження шахт, фабрик, заводів, на яких застосовувалась передова на ті часи техніка і технологія, тому чимало українців спричинилось до технічного та наукового розвитку промислового виробництва. Будучи від природи допитливими, кмітливими, працьовитими та акуратними, українці були і є прекрасними механіками, інженерами та вченими в галузі автоматизації, в Україні, так і за її межами.
1.1.1 Основні етапи розвитку автоматики
Історія не донесла до наших днів імен авторів перших автоматів, хоч відомості
про будову деяких з них збереглись. Ще за 200 років до нової ери у єгипетському
місті Александрії біля храму був встановлений автомат, який продавав свячену
воду. Віруючі опускали через щілину у статую лева 5-ти драхмову монету, і з пащі
лева виливалася порція води. Цей же храм був обладнаний автоматичним пристроєм,
який відчиняв його двері. Після того, як жрець розпалював вогонь на камінному
алтарі, у ного порожнині нагрівалося повітря, яке витискувало воду з
розташованого під ним резервуару. Вода по трубці поступала у посудину, що була
підвішена на ланцюгу і зв'язана з дверима храму. Посудина наповнювалась водою і
натягувала ланцюг, який відчиняв ворота.
Ці пристрої описані стародавнім вченим Героном Александрійським у його праці
«Пневматика» приблизно за 120 р. до н.е. Сам Герон Александрійський був також
винахідником різних саморушійних пристроїв. Найбільшу славу йому приніс
ляльковин театр-автомат, що являв собою велику скриню на колесах, всередині якої
знаходився механічний двигун та програмний пристрій. Автоматично відчинялася
завіса і з’являлись фігури акторів-автоматів, які за наперед заданою програмою
розігрували сцени з часів завоювання Трої.
Крім розважальних автоматів, почали з'являтись автоматичні пристрої, які
безпосередньо служили людям і приносили їм користь. В першу чергу це, звичайно
годинники. Конструкція найпростішого водяного годинника показана на рис. Цей
нескладний пристрій мав суттєвий недолік: внаслідок неодинакової швидкості
витікання води з часом, шкала такого годинника не могла бути
рівномірною.
Досконалішим був інший пристрій, зображений на цьому ж рисунку. Завдяки
автоматичній стабілізації рівня води у проміжному резервуарі швидкість витікання
води з нього була постійною, що дозволило збільшити точність вимірювання часу
Функцію робочого органу регулятора рівня виконував глиняний горщик, який при
досяганні певного рівня h щільно зачиняв вихідний отвір верхнього резервуара,
чим досягалась стабілізація цього рівня, а, значить, швидкість витікання
води.
Рис. 1.1. Схема водяного годинника: а - з нерівномірною шкалою часу; б - з регулятором рівномірності часової шкали; 1 - глиняний горщик, що виконував функцію виконавчого органу регулятора рівня
Історичні перекази засвідчують, що давньогрецький філософ Платон (ІVст. до
н.е.) використовував такий пристрій не тільки як годинник, але і як автоматичний
сигналізатор. Для цього нижній резервуар виконувався герметичним і коли вода в
ньому досягала певного високого рівня, тиск повітря у ньому зростав і
спрацьовував клапан, виконаний у вигляді флейти. У потрібний час цей інструмент
своїм голосом скликав учнів на початок занять в академії Платона.
У середні віки вдосконаленням і розробкою різних автоматичних пристроїв
займались найвидатніші вчені людства, в т.ч. такі як Леонардо да Вінчі -
геніальний інженер, математик, художник. Почалась автоматизація деяких процесів
на водяних млинах, лісопильнях, у гірництві.
Приблизно у ІХст. з'явились перші механічні годинники, які рухались від
тягарок. Вони не мали регулятора швидкості ходу і тому були не дуже точними.
Ідея такого регулятора зродилась в 1654 р. у голандця Хрістіана Гюйгенса -
відомого фізика, математика і астронома. Очевидно, знаючи вже про закон
коливання маятника, відкритий італійським вченим Галілео у попередньому
сторіччі, він запропонував маятниковий регулятор рівномірності руху годинника.
Це був перший механічний регулятор швидкості руху.
Початок ХVIIІст. ознаменувався появою першого промислового двигуна - парової
машини. Ще у другій половині ХVIIст. багато винахідників пробували створити
двигун, який перетворював би теплову енергію у механічну. Першому це вдалося
зробити французькому доктору медицини Дені Папену (1647-1712), який після
зустрічі з Гюнгенсом почав вивчати фізику та механіку і після багатьох
експериментів переконався, що пара від нагрітої в котлі води здатна виконувати
корисну роботу. Створена ним парова машина складалася з котла і циліндра з
поршнем. Після деяких удосконалень (в т.ч. англійськими механіками Севері і
Ньюкоменом) парові машини почали застосовувати для витягання води з шахт. А
створення універсальної парової машини, придатної для широкого використання у
промисловості, належить англійському винахідникові Джеймсу Уатту (1736-1819).
Він не тільки удосконалив існуючі вже парові машини. чим різко підняв їх ККД,
але і розробив для них автоматичний центробіжний регулятор швидкості обертання
вала, який застосовується і до сьогодні. Так розпочалася автоматизація
промислового обладнання.
Приблизно у цей же час тенлотехнік Барнаульського металургійного заводу І.
Ползунов (1728-1766) розробив свій проект двоциліндрової парової машини і
запропонував для неї автоматичний регулятор рівня води у котлі. Таким чином було
покладено початок розробці автоматичних промислових регуляторів, які діяли за
принципом регулювання по відхиленню (цей принцип інколи так і називають: принцип
Уатта-Ползунова).
Далі почався нестримний потік розробок в теорії і практиці автоматичних
пристроїв та систем.
1829р. - французький інженер Понселе запропонував інший принцип регулювання -
по збуренню, тобто по причині, що викликає відхилення регульованої величини, а у
1845р. Сіменс - принцип регулювання по похідній регульованого параметру.
1868р. - англійський фізик Джеимс Макевелл опублікував першу працю з теорії
автоматичного регулювання
1873 р. - інженер Фарко розробив конструкцію першого сервомотора –
виконавчого механізму для систем автоматичного регулювання.
1874 р. - російський електротехнік В.М.Чиколєв винайшов електромашинний
підсилювач - основу електромашинної автоматики.
1877р. - професор Петербурзького технологічного інституту І.А.Вишнеградський
опублікував працю про основи роботи регуляторів прямої дії.
1879р. - американські інженери Кеннелі і Мактай розробили проект автоматичної
телефонної станції на основі застосування крокових шукачів, чим започаткували
застосування розподільного принципу передачі інформації.
1880р. - початок застосування електроприводу у вантажо-підйомних та
будівельних машинах
1895р. - швейцарський математик А.Гурвіц і словацький професор А.Стодола
провели перші теоретичні дослідження стійкості систем автоматичного
регулювання.
1909р. - публікована класична робота професора М.Є.Жуковського про основи
теорії автоматичного регулювання.
1927р. - в США вперше впроваджено телемеханічне керування сигналами
світлофорів та автоматичними стрілками на ділянці залізничної колії довжиною 65
км (штат Огайо).
1945р. - запущена в дію перша цифрова ЕОМ, що дозволяла за короткий час
переробляти великий об'єм інформації про хід технологічного процесу.
50-і роки - поява екстремальних систем автоматичного регулювання та розробка
основ загально-державної системи приладів.
60-і роки - впровадження перших автоматизованих систем керування
технологічними процесами (АСК ТП).
70-і роки - поява мікропроцесорних контролерів та регуляторів.
80-і роки - поява мікроелектронних інтегральних та інтелектуальних сенсорів
(давачів).
1.2 Основні поняття про автоматизацію керування виробництвом та
технологічними процесами. Засоби та методи керування
виробництвом
Сучасне виробництво - складна система, яка складається з багатьох підсистем:
технічних, економічних, екологічних, соціальних та інших, і призначена для
вирішення поставлених перед нею завдань. Елементи системи з'єднані між собою
найрізноманітнішими зв'зками. Для успішного керування такою системою потрібно
знати основні закономірності і принципи її функціонування та тенденції
розвитку.
Кожне сучасне виробництво характеризується двома тенденціями:
- намаганням спростити виробництво з метою його економічності,
технологічності га ефективності (ця тенденція спостерігається і у природі: там,
де це можливо, природа спростила явища і речі);
- необхідністю ускладнення виробництва, яке викликається прагненням освоювати
нові види продукції, підвищувати її якість, використовувати досягнення науки і
техніки. Ускладнення виробництва, його внутрішніх та зовнішніх зв'язків неминуче
викликає необхідність ускладнення керування ним. Без якісного керування
виробництво не може бути ефективним.
В автоматиці розмежовують поняття керування та регулювання
Керування - сукупність дій, направлених на забезпечення
функціонування системи у відповідності з заданою програмою, алгоритмом або
метою. Цей термін вживається тоді, коли мова іде тро керування людьми,
виробництвами, підприємствами або складнішими технологічними процесами.
Регулювання є вужчим поняттям і, як правило, є складовою
частиною процесу керування. Воно переважно вживається тоді, коли мова іде про
регулювання якогось параметру у технологічному процесі.
У сфері виробництва розрізняють дві різновидності керування: керування
виробництвом та керування технологічними процесами. Вони мають такі основні
відмінності:
1. У процесі адміністративного керування виробництвом люди керують людьми і
діють на них. Продуктом керування є інформація.
2. Технологічними процесами також керують люди, але вони діють на речі,
машини, процеси. Продуктом керування тут є фактично продукт праці - товари або
послуги.
Проте, треба пам'ятати, що у всіх випадках за результати керування
відповідають конкретні люди: вони або безпосередньо керують, або задають
алгоритми керування івтоматам. У своїй діяльності вони підпорядковуються певній
меті, виходять з якихось засад, керуються деякими принципами. Характер цих
факторів впливає на результати роботи.
Об’єктом керування називається динамічна система,
характеристики якої змінюються під впливом регулюючої дії.
Іншими словами це те на що здійснюється вплив, і це те на що відбуваються процеси зміни, це те за чим ведеться спостереження та регулюючий вплив.
В свою чергу об’єктом регулювання, за визначення Євгена Пестуна називають апарат, машину, агрегат, вузол технологічного процесу або процес загалом, у якому необхідно підтримувати на постійному заданому значенні за тим чи іншим заданим законом один або декілька технологічних параметрів (регульованих величин).
Об’єктом управління є:
1. Апарати, в яких протікають технологічні процеси (нагрівання,
сушка).
2. Окремі виробництва (сірчаної кислоти, каучука).
3. Підприємства.
4. Галузі промисловості.
Розрізнятимемо:
- Прості (гідравлічні резервуари, ел. двигуни, генератори).
- Складні (атомні реактори, літальні апарати).
Керування технічними об’єктами здійснюється за допомогою технічних засобів
керування .
Об’єкти керування класифікують у відповідності з типом протікаючого
технологічного процесу.
Сукупність технологічного процесу та автоматичних засобів для його реалізації
називається автоматизованою системою керування (АСК).
1.3 Класифікація технологічних процесів
Будь яку технологічну ситуацію, чи ту їх сукупність виконання яких гарантовано забезпечуює досягнення очікуваного результату з виготовлення певної продукції відповідного рівння якості називають технологічним процесом.
Сучасні хіміко-технологічні процеси відзначаються складністю та високою
швидкістю протікання, а також чутливістю до відхилення режимних параметрів від
нормальних значень, шкідливістю умов роботи, вибухо- та пожежонебезпечністю
перероблюваних речовин. Зі збільшенням навантаження апаратів, потужності машин
виконувати технологічні процеси при високих і надвисоких тисках та температурах
(близьких до критичних значень), а також швидкостях хімічних реакцій з
використанням ручного керування неможливо. У таких умовах навіть досвідчений
працівник не може своєчасно вплинути на процес у разі відхилення його від норми,
а це може призвести до втрати якості готової продукції, псування сировини,
допоміжних речовин, наприклад каталізаторів, а також до аварійних ситуацій,
включаючи пожежі, вибухи, викиди великої кількості шкідливих речовин у
навколишнє середовище. Деякі технологічні процеси можна виконувати лише при їх
повній автоматизації.
Із застосуванням автоматизації поліпшуються основні показники ефективності
виробництва -збільшується кількість вироблюваної продукції, підвищується її
якість і зменшується собівартість, зростає продуктивність праці.
Класифікація технологічних процесів:
1. Механічні (подрібнення, дозування, сортування, переміщення).
2. Гідромеханічні (переміщення рідин і газів, розділення неоднорідних систем,
змішування, очистка газів).
3. Теплові (нагрівання, охолодження, випарювання, кристалізація).
Особливо складні:
4. Масообмінні (ректифікація, абсорбція, адсорбція, сушка,
екстракція).
5. Хімічні (окислення, синтез, нейтралізація, дегідратація, електроліз,
нітрування, полімеризація).
1.4 Види параметрів керування.
Досліджувати властивості технологічних процесів як об'єктів регулювання розпочинають з вивчення статичних властивостей процесу. Всі змінні, що характеризують процес, умовно розділяють на три групи.
1.Регульовані параметри - ті параметри, які характеризують перебіг процесу і які необхідно підтримувати на заданому значенні (в загальному випадку їх може бути декілька, в окремому випадку - це один регульований параметр, наприклад, температура, рівень тощо).
2.Параметри керування - параметри, які зумовлюють необхідну зміну регульованого параметра і на які можна впливати за бажанням (їх також може бути декілька або один, наприклад, витрата пари, води, вировини, електричної енергії тощо).
3.Збурювальні дії (збурення) - параметри, зміна яких порушує нормальний перебіг процесу, зумовлюючи відхилення регульованих параметрів від заданого значення.
Всі технологічні процеси, які здійснюються на підприємстві характеризуються
великою кількістю різних параметрів.
Всі параметри можуть бути об’єднані в три групи:
1. Вхідні
2. Режимні
3. Вихідні
Вхідні параметри характеризують матеріальні та енергетичні
потоки на вході в апарат (витрата сировини, тиск пари).
Режимні параметри дають уявлення про умови протікання
процесу в апараті.
В деяких об’єктах значення параметрів неоднакові в різних точках одного і
того ж апарата (ректифікаційна колона – тиск, температура і склад продукта
змінюються по висоті колони). Такі параметри називають розподіленими.
Здійснювати управління об’єктами з розподіленими параметрами, як правило,
складніше, ніж об’єктами із зосередженими параметрами.
Вихідні параметри характеризуют материальні та енергетичні
потоки на виході із апарату (склад кінцевого продукту, кількість відходів і т.
д.). Це можуть бути також економічні показники процесу, наприклад собівартість
чи витрати на виробництво кінцевої продукції.
Сукупність значення всіх параметрів процесу називають технологічним режимом,
а сукупність значень параметрів, які забезпечують розв’язок задачі, поставленої
при керуванні процессом — нормальним технологічним режимом. Нормальний
технологічний режим задають і оформляють у вигляді технологічної карти. В карті
приводять перелік параметрів, значення яких необхідно підтримувати на
визначеному рівні, а також вказують діапазон значень, в яких зміна цих
параметрів не призводить до серйозних порушень технологічного режиму. Керування
технологічним процесом зводиться до підтримання параметрів на значеннях, які
відповідають нормальному технологічному режиму.
Реальні об’єкти керування в більшій чи меньшій мірі піддаються збуренням, які
порушують хід процесу в об’єкті. Більшість збурень важко заздалегідь
передбачити, що значно ускладнює керування процесом. Розрізняють зовнішні та
внутрішні збурення.
Зовнішні збурення проникають в об’єкти керування зовні — зі зміною вхідних
параметрів, деяких вихідних параметрів, а також параметрів навколишнього
середовища. Зміна будь-якого вхідного параметра процеса обов’язково приводить до
зміни проходження процесу в об'єкті. Більшість вихідних параметрів об’єкта
(наприклад, склад і температура кінцевого продукту) не впливає на хід процесу в
об'єкті, більше того, їх значення визначаються ходом цього процесу. Однак зміна
деяких вихідних параметрів призводить до зміни режимних параметрів. Так, зміна
витрати пари, який виходить із ректифікаційної колони, впливає на тиск в колоні,
а зміна витрати залишку — на рівень рідини в кубі. Збурення, які надходять в
об’єкт керування при зміні параметрів навколишнього середовища, найбільш сильно
впливають на технологічний режим у випадку установки апаратів під відкритим
небом.
Внутрішні збурення виникають в самому об’єкті автоматизації (наприклад, при
забрудненні і корозії внутршніх поверхонь апарату, зміні активності каталізатора
и т. д.).
При керуванні процесом осбливу увагу слід звернути на зовнішні збурення, так
як вони надходять в об’єкт частіше, чим внутрішні, нерідко мають ступінчастий
характер, велику амплітуду зміни і в ряді випадків можуть бути вилучені до
надходження в об’єкт.
Автоматизованою системою керування (АСК), взаємодіє із зовнішнім середовищем
і кількісно її можна оцінити через входи X та виходи Y. Входами можуть бути
витрати матеріальних та енергетичних потоків, які надходять в апарат або
виходять з нього; виходами, як правило, є температура, тиск, рівень рідини та
концентрація продукту. Звичайно на систему діють збурення Z, які намагаються
відхилити вихідні координати від їх нормальних значень. Такими збуреннями є
витрати речовин, їх температура, тиск концентрації та ін. Щоб компенсувати ці
збурення, тобто щоб АСК працювала в заданому напрямі, використовують керуючі
впливи U (рис. 1.2.).
1.5 Вимоги до об’єктів керування
Високоефективна система автоматичного керування може бути створена тільки в
тому випадку, якщо об’єкт керувания є підготовлений до автоматизації. Це
означає, що він повинен бути повністю механізованим і по можливості неперервно
діючим.
В об’єктах періодичної дії окремі операції процесу проводяться в одному і
тому ж апараті в різний час, що викликає необхідність періодичної перенастройки
його роботи (закривають одні магістралі і відкривають інші; змінюють задані
значення регулюючих величин і самі величини і т. д.). Це заважає підтримувати
нормальний технологічний режим, ускладнює автоматизацію, а в деяких випадках
робить її неможливою. Тому об’єкт керування повинен бути з манімальним числом
збурень, їх величиною та частотою. З цією метою в окремих випадках встановлюють
проміжні додаткові апарати (наприклад, ресивери), в яких вхідні параметри
процесу усереднюються.
Отже, сформулюємо необхідні умови для впровадження
автоматизації:
1. Завершення комплексної механізації виробництва.
2. Наявність типових, високоефективних та довговічних технічних засобів
автоматики.
3. Масовість та однотипність продукції.
4. Наявність однотипних (неперервних або циклічних) технологічних процесів та
їх відпрацьованість і досконалість.
5. Оснащеність виробництва машинами та агрегатами з силовими приводами, що
піддаються автоматизації: пневмо- і гідроприводом та регульованим
електроприводом.
6. Мінімальний вплив неконтрольованих збурюючих дій на технологічні процеси,
нестабільність характеристик сировини та параметрів процесів, перерви з
постачанням енергоносіїв: електроенергії, пари, стисненого повітря тощо.
7. Наявність необхідних умов для роботи автоматичних засобів.
8. Можливість забезпечення висококваліфікованим технічним обслуговуванням
нової техніки.
9. Забезпечення вимог сангігієни та техніки безпеки.
10. Можливість отримання економічного ефекту або звільнення людини від важкої
та шкідливої праці.
Недотримання цих умов не лише зменшує ефективність вкладених коштів, що
приводить до матеріальних збитків, але і дискредитує саму ідею автоматизації,
чим наносить їй моральну шкоду.
1.6 Види і рівні автоматизації
Всі осмислені дії у природі відбуваються згідно з відповідними умовами
функціонування. Автоматичне керування як різновидність функціонування також
повинно здійснюватися згідно з наперед заданими умовами та правилами. Сукупність
цих правил та математичних залежностей, які показують, як необхідно змінювати
вхідні величини щоб забезпечити потрібну зміну вихідних величин, котрі
відповідають вимогам технології, економіки, екології, техніки безпеки і іншим,
називається алгоритмом керування.
Алгоритми керування пов'язані з рівнями автоматизації. Чим вищий рівень, тим
складнішою мусить бути апаратура, яка зможе забезпечити виконання заданого
алгоритму керування. Найдавнішим і найпростішим алгоритмом автоматичного
керування вважається стабілізація процесу, тобто підтримання постійного заданого
значення регульованої величини (рис. 1.3.). Пізніше з'явились алгоритми
програмного керування - підтримання змінного заданого значення регульованої
величини в часі, та його різновидності: слідкуюче та логіко-програмне
керування.
Розвиток теорії автоматичного регулювання та поява нових технічних засобів
автоматики дозволили розробити і реалізувати більш складні та ефективні
алгоритми керування: оптимальні та адаптивні. Останні забезпечують не тільки
автоматичне регулювання параметрів, але і дослідження та аналіз процесу, а сама
система у процесі керування здатна змінювати свої параметри і навіть
структуру.
Вибір оптимального рівня автоматизації залежить від багатьох факторів.
Необхідно враховувати не лише сучасний рівень технологічних процесів і засобів
автоматизації, але і перспективи їх розвитку і вдосконалення, а також попередній
досвід впровадження автоматизації в даній галузі та ефективність цих
заходів.
Автоматизований процес може бути простим (наприклад, автоматична підтримка
постійної температури) і дуже складним (автоматичне керування
підприємством).
Якщо автоматизація здійснює тільки одну автоматичну операцію, яка виконується
окремими машинами, і робота яких не зв’язана між собою в масштабі всього
виробничого процесу то вона називається частковою (технологічні апарати, які
працюють в автоматичному режимі, але з участю людини).
Автоматизація, яка здійснюється для ряду технологічних операцій зв’язаних між
собою умовами виробничого процесу, називається комплексною (лінії по
виготовленні напівфабрикатів).
При повній автоматизації забезпечується не тільки взаємозв’язок основних і
додаткових ділянок виробництва, але і упрвління їх роботою.
Рівні автоматизації:
Перший (найнижчий) ступінь ієрархічної структури створюють типові
технологічні процеси (механічні, гідродинамічні, теплові, масообмінні та
хімічні) в окремому апаратурному оформленні і локальні системи автоматичного
керування. Задача керування підсистемами в основному зводиться до локальної
стабілізації технологічних параметрів типових процесів за допомогою АСР.
Основу другого ступеня ієрархії становлять агрегати, комплекси, АСК
технологічними процесами (АСКТП) та ін. Агрегати і комплекси являють собою
сукупність взаємопов'язаних окремих типових технологічних процесів та апаратів,
у разі взаємодії яких виникають статично розподілені в часі збурення. На цьому
ступені збільшуються складність і жорсткість зв'язків між апаратами, що потребує
використання керуючих електронних обчислювальних машин (ЕОМ). Лише за такої
умови можна досягти стійкої та надійної роботи системи, зменшення ймовірності
аварійних зупинок і виконання технологічного процесу на високоефективному
оптимальному рівні.
Третій (найвищий) ступінь ієрархічної структури становлять системи
оперативного керування підприємством або сукупністю його підрозділів. Мета
третього ступеня - організувати виробництво, планування та реалізацію продуктів.
Такі системи називаються автоматизованими системами керування підприємством
(АСКП).
1.7 Економічні аспекти автоматизації
Автоматизація виробництва не є самоціллю, а ефективним засобом підвищення
продуктивності праці, покращення якості продукції, зменшення затрат важкої,
монотонної, небезпечної та шкідливої праці.
При вирішенні питань про автоматизацію того чи іншого виробництва, необхідно
приймати до уваги не лише економічні, але і соціальні чинники. Перш за все
автоматизують ті виробничі процеси, за ходом яких людині важко слідкувати, а
також там, де перебування людини є небезпечним для її життя або шкідливим для
здоров'я. В інших випадках впровадження автоматизації залежить від того, яку
вона дає вигоду, тобто від її економічної ефективності.
Ефективність автоматизації залежить від:
- раціонального вибору об'єкту автоматизації;
- ступеня досконалості технологічного обладнання та його придатністю для
сумісної роботи з автоматичними пристроями;
- раціонального вибору засобів автоматизації;
- наявності і рівня підготовки обслуговуючого персоналу;
- величини фінансових затрат та термінів впровадження та окуплення
автоматики;
- ступеня використання автоматизованого обладнання.
Суттю сучасного підходу до автоматизації виробництва є не лише застосування
окремих локальних автоматичних пристроїв, регуляторів, роботів та маніпуляторів,
але головним чином - створення сучасних, принципово нових "високих" технологій
та гнучких виробництв і розробка для них комплексних систем автоматизованого
керування (АСК). Іноді це може означати повну перебудову виробництва, включаючи
технологію, організацію та керування.
Створення автоматизованих систем керування технологічними процесами (ТП),
виробництвами (АСКВ) і підприємствами (АСКП) вимагає значних затрат на їх
розробку, придбання необхідних технічних засобів і біжучих затрат на
забезпечення функціонування систем. Економія від функціонування АСК визначається
з врахуванням затрат на їх експлуатацію. Економічна ефективність
капіталовкладень в автоматизацію характеризується відношенням цієї економії до
затрат на створення АСК.
Застосування АСК дає можливість стабілізувати та оптимізувати технологічні
процеси у виробництві, постійно контролювати витрату матеріалів і сировини та
проводити аналіз відхилення їх фактичних витрат від нормативних. При цьому
удосконалюється організація виробництва, зменшується потреба позаурочних робіт і
відповідних доплат до них. Частково вивільнюється інженерно-технічні працівники
та керуючий персонал за рахунок зниження працемісткості складання первинних
документів, виконання облікових операцій та розрахунків. Це дозволяє знизити
затрати у сфері керування.
Таким чином, основними факторами підвищення ефективності від застосування
АСК, які можна кількісно оцінити, є:
- підвищення продуктивності праці внаслідок скорочення затрат робочого часу і
оптимального завантаження робочого персоналу, а також раціональнішого
використання засобів та технологічного обладнання;
- прискорення введення в експлуатацію об'єктів та збільшення потужностей для
випуску продукції;
- скорочення тривалості отримання готової продукції;
- забезпечення ритмічності роботи;
- скорочення затрат матеріальних та енергетичних ресурсів;
- підвищення якості продукції, та інші.
Нижче приводиться спрощена методика підрахунку економічної ефективності
автоматизації (АСК), хоч треба зауважити, що існуючі інструкції (як державні,
так і відомчі чи галузеві) не завжди є чіткими та конктетними, а іноді і
суперечать одна одній.
Економічна ефективність автоматизації визчається трьома показниками: річним приростом прибутку, річним економічним ефектом та ефективністю зроблених затрат.
Річний приріст прибутку (річна економія) визначається за формулою:
де В1, В2 - річний випуск продукції до і після впровадження автоматизації,
тнс.грн.; Пр - прибуток від реалізації продукції до впровадження автоматизації,
тис.грн.; 31, 32 - затрати на одну гривню вартості продукції до і після
впровадження автоматизації, коп.
Звідси
- річний приріст прибутку
за рахунок збільшення випуску продукції в тнс.грн.;
- річний приріст прибутку
за рахунок зниження витрат на виробництво в тнс.грн.
Річний приріст прибутку П є одним з показників ефективності роботи
підприємства, а також використовується для підрахунку річного економічного
ефекту:
де Ен - нормативний коефіцієнт економічної ефективності капіталовкладень у
даній галузі; Ка - капітальні затрати на створення і впровадження АСК,
тис.грн.
Ці затрати складаються з:
- затрат на придбання інформаційної, обчислювальної та керуючої техніки,
технічних засобів автоматизації, периферійних пристроїв, засобів зв'язку,
допоміжного обладнання, оргтехніки та інших;
- вартості проектних, транспортних, монтажних, налагоджувальних та пускових
ро біт;
- затрат на будівництво (реконструкцію) будов та споруд, необхідних для
функціонування АСК.
Ефективність даних затрат визначається терміном їх окупності та розрахунковим
коефіцієнтом ефективності:
де Ток - термін окупності затрат, роки;
Ер - розрахунковий коефіцієнт ефективності затрат на створення АСК.
Природньо, що капітальні затрати, а, значить, і показники їх ефективності
залежать від вибраного рівня автоматизації. Затрати на випуск продукції після
автоматизації зменшуються, але лише до певної міри. При високих рівнях
автоматизації, тобто при застосуванні порівняно складного і дорогого обладнання
зростають і витрати на його експлуатацію, що неминуче відбивається на
собівартості продукції. Тому треба старатися визначити оптимальний рівень
автоматизації як з огляду на затрати, так і з точки зору показників їх
ефективності.