5.Обследование объекта автоматизации. Методы обследования объекта автоматизации. Бизнес-модель предприятия
Обследование объекта автоматизации.
Целью обследования объекта автоматизации является построение формальной модели объекта автоматизации и формирование детальных требований к АСОИУ. Кроме этого исследование, приносит управленческому персоналу скрытую информацию, обнаруживаемую на основе каких-либо фактов с помощью специальных математических методов и приемов. Для обработки используются статистические данные о работе действующего объекта полученные в результате активного или пассивного эксперимента. Пассивный эксперимент означает сбор данных в режиме нормальной работы исследуемого объекта. Активный эксперимент подразумевает сбор данных в условиях искусственных возмущений, создаваемых в соответствии с некоторой оптимальной стратегией управления экспериментом. Принципиально возможно и прямое изучение механизма производства и всех его составляющих, на основе которых можно создать теорию процесса производства и его модель, однако ввиду большой сложности современной технологии такой метод почти не применяется, ибо требует значительных затрат и длительных сроков
Исходные данные для проектирования получают именно на этом этапе и в процессе проектирования [3]. Перечень исходных данных включает следующие сведения.
Характеристика объекта, в том числе и с учетом перспективного строительства: тип производства и его масштаб, уровень специализации предприятия и производственных подразделений, уровень технической оснащенности, уровень автоматизации технологических процессов и механизации учетно-плановых работ, данные по производственной мощности предприятия, номенклатура выпускаемых изделий, стоимость основных фондов, данные о занимаемой территории, данные о потреблении энергоресурсов, характеристика транспортных средств, вспомогательных производств, складского хозяйства, сырья и полуфабрикатов, данные по численности работающих на предприятии (или по штатному расписанию для новостроящихся предприятий), уровень применения средств оргтехники.
Характеристика технологического процесса: краткое описание технологического процесса по всем видам выпускаемой продукции и связи между отдельными подразделениями.
Характеристика организационной структуры предприятия: организационная структура завода в целом, цехов, служб, отделов, организация диспетчерской службы завода, место и число диспетчерских пунктов, функции и назначение диспетчерского персонала, организационная структура автоматизации технологических процессов.
Характеристика существующей системы управления: планирование, система контроля и учета, существующие методы деятельности предприятия и оперативного управления.
Перечень учетно-плановых номенклатур и их шифры: технико-экономические показатели, подразделения, единицы измерения.
Эти исходные данные используются для составления технического задания и технического проекта. Перед началом выполнения технического или рабочего проекта перечень подлежит уточнению и дополнению.
Для своевременного получения исходных данных от предприятия рекомендуется следующее:
разделить вопросы по службам предприятия;
выделить вопросы технические, организационные, экономические и т. п.;
дать всем лицам, от которых требуется получить какие-либо материалы или сведения, необходимые пояснения;
произвести предварительный обзор или анализ получаемых данных, выделив из них главные и второстепенные.
В таблице показаны классы методов исследования производства, рекомендуемые для определенных объектов, и соответствующий им математический аппарат.
Объекты, для которых рекомендуется применение методов
Используемый математический аппарат
Прямое математическое описание технологического процесса
Производство с непрерывным стационарным технологическим процессом
Системы алгебраических и трансцендентных уравнений (численные методы)
Производство с нестационарным непрерывным технологическим процессом
Дифференциальные уравнения и уравнения математической физики (численные методы)
Производство с дискретным технологическим процессом
Комбинаторика; теория графов
Производство, описываемое стохастическими характеристиками
Реальный промышленный объект с высокой производительностью и дорогостоящим выпускаемым продуктом
Математическая статистика (корреляционный, регрессионный дисперсионный анализ)
Лабораторная или полупромышленная установка, реальный промышленный объект в пусковой период
Теория планирования эксперимента
Методики обследования предприятия
Обычно проектировщики АСОИУ используют несколько методик сбора фактов [6]:
наблюдение за работой предприятия,
Изучение документации. Изучение документации может быть необходимо для понимания того, как возникла потребность в базе данных, и получения информации о тех задачах предприятия, которые связаны с решаемой проблемой. Если проблема имеет отношение к существующей системе, то должна быть и документация, связанная с этой системой. Изучая документы, формы, отчеты и файлы, связанные с существующей системой, можно быстро приобрести определенные знания о системе.
Таблица. Примеры типов документации, необходимых для изучения
Примеры полезных источников
Описывает проблему и необходимость в базе данных
Внутренние служебные записки, электронная почта, протоколы встреч, жалобы служащих/заказчиков и документы, описывающие проблему. Обзоры и отчеты о работе.
Описывает задачи предприятия, связанные с рассматриваемой проблемой
Организационный график, техническое задание и стратегический план предприятия. Технические требования для изучаемой части предприятия. Описания задач/заданий. Примеры заполненных рукописных форм и отчетов. Примеры готовых компьютеризированных форм и отчетов.
Описывает существующую систему
Различные виды блок-схем и диаграмм, Словарь данных. Проект приложения базы данных. Программная документация. Руководства по обучению пользователей
Собеседование — наиболее часто используемая и обычно наиболее полезная методика сбора фактов. С помощью интервью можно получить информацию непосредственно от отдельных сотрудников предприятия. При использовании интервью может быть поставлено несколько целей, таких как выяснение, проверка и толкование фактов, формирование заинтересованности, привлечение конечного пользователя к работе, определение требований и сбор предложений и мнений.
Но метод собеседования требует для эффективного контакта хороших навыков общения с людьми, имеющими различные ценности, приоритеты, мнения, побуждения и индивидуальные особенности. По сравнению с другими методиками сбора фактов собеседование не всегда является лучшим решением для всех ситуаций.
Есть два типа интервью: неструктурированное и структурированное. Неструктурированные интервью проводят с одной общей целью, которая явно не высказывается, и проводится с помощью нескольких, иногда конкретных вопросов. В структурированных интервью лицо, проводящее собеседование, заранее подготавливает конкретный ряд вопросов к опрашиваемому лицу. В зависимости от ответов в процессе собеседования могут быть заданы дополнительные вопросы для уточнения или разъяснения некоторых тем. Вопросы без подразумеваемых ответов позволяют опрашиваемому лицу выбрать ответ, наиболее подходящий с его точки зрения. Пример вопроса без подразумеваемого ответа: «Почему вам не нравится формат отчета по регистрации клиентов?» Вопросы, допускающие единственный ответ, ограничивают выбор возможного ответа или требуют коротких, прямых ответов. Примером такого типа вопросов может быть: «Вы вовремя получаете отчеты по регистрации клиентов?» или «Содержат ли отчеты по регистрации клиентов достоверную информацию?» Оба вопроса требуют ответа «Да» или «Нет».
Обеспечение успешного проведения собеседования требует выбора для этого соответствующих лиц, тщательной подготовки к собеседованию и применение эффективного и результативного метода проведения собеседования.
Преимущества подхода: позволяет опрашиваемому лицу свободно и открыто отвечать на вопросы; позволяет опрашиваемому лицу почувствовать себя участником проекта; позволяет лицу, проводящему собеседование, изменить ход опроса в ответ на неожиданные комментарии со стороны опрашиваемого лица; Позволяет лицу, проводящему собеседование, наблюдать за поведением опрашиваемого лица. Недостатки: трудоемкий и дорогой, поэтому может быть непрактичным; успех зависит от навыков общения лица; успех может зависеть от желания опрашиваемых лиц участвовать в интервью.
Наблюдение — это одна из наиболее эффективных для понимания системы методик сбора фактов. Используя данную методику для изучения системы, можно принимать участие в работе или наблюдать, как ее выполняют другие. Эта методика особенно полезна, когда правильность данных, собранных с использованием других методик, находится под вопросом или когда сложность некоторых аспектов системы мешает конечному пользователю точно объяснить суть проблемы.
Преимущества подхода: позволяет убедиться в достоверности фактов и данных сознательно или бессознательно; наблюдатель может наглядно видеть, что происходит; наблюдатель может также получать данные, описывающие физические условия работы; относительно недорогой способ сбора фактов; наблюдатель может выполнять нормирование труда. Недостатки: люди, находящиеся под наблюдением, могут вести себя иначе; в процессе наблюдения могут остаться незамеченными действия, выполняемые при решении задач другого уровня сложности или интенсивности; некоторые задачи могут иногда выполняться с помощью способов, отличающихся от наблюдаемых.
Исследование. Полезная методика сбора фактов — это исследование работы приложения и самой проблемы. Компьютерные отраслевые журналы, справочники и интернет (включая группы пользователей в телеконференции) являются хорошими источниками информации. Они могут предоставить информацию о том, как другие решают подобные проблемы, а также существуют ли пакеты программного обеспечения для полного или хотя бы частичного решения проблемы.
Преимущества: Позволяет сэкономить время, если решение уже существует; исследователь может узнать, как другие решают подобные проблемы или создают системы, удовлетворяющие аналогичным требованиям; позволяет исследователю быть в курсе современных достижений. Недостатки: может потребовать много времени; требует доступа к соответствующим источникам информации; исследователь может в конечном счете не решить проблему поскольку такая проблема еще нигде не описана.
Анкетирование. Еще одна методика сбора фактов предусматривает проведение опросов с помощью анкет. Анкеты — это документы специального назначения, которые позволяют получать сведения от большого количества людей, контролируя правильность их ответов. При работе с большой аудиторией никакая другая методика сбора фактов не позволяет добиться такой же эффективности, как анкетирование.
Есть два вида вопросов, которые могут быть заданы в анкете: вопросы свободной формы и вопросы фиксированной формы. Вопросы свободной формы предоставляют респонденту большую свободу в ответах. Вопросы фиксированной формы требуют от анкетируемых лиц конкретных ответов. На любой заданный вопрос респондент должен выбрать один из предлагаемых ответов. В этом случае, ответы намного легче подсчитывать. Но, с другой стороны, респондент не может предоставить дополнительную информацию, которая может оказаться более ценной.
Преимущества: люди могут заполнять и возвращать анкеты в удобное для них время анкеты; относительно недорогой способ сбора данных с участием большого количества людей; люди склонны сообщать в ответах действительные факты, если проводится анонимное анкетирование; ответы могут быть сведены в таблицу и быстро проанализированы. Недостатки: не все могут согласиться ответить на вопросы; анкеты могут возвращать незаполненными; не предоставляют возможность пояснить или переформулировать неправильно понятые вопросы; не позволяют наблюдать и анализировать реакцию респондента на отдельные вопросы; подготовка опросных листов может потребовать много времени.
Под бизнес моделью предприятия будем понимать формальное описание процессов (бизнес – процессов) протекающих на предприятии. Необходимо отметить, что после исследования предприятия формируется так называемая модель «как-есть» (as-is), в которую включены все текущие бизнес – процессы с ограничениями и критериями эффективности. Уже на данном этапе эти модели вызывают интерес для руководителей подразделений, директоров и владельцев бизнеса. Кроме это данные модели могут выступать в качестве базовых моделей для реструктуризации бизнес – процессов, процесс который в свою очередь начинается с построения бизнес-модели «как-надо» (to-be).
Источник
Тема 2. Основы автоматики. Свойства объектов регулирования. Аналитическое и экспериментальное определение характеристик объектов регулирования.
2.1. СВОЙСТВА ОБЪЕКТОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
(Современные системы автоматического регулирования (САР) обычно используют серийно выпускаемые промышленностью регуляторы. Структурная схема такой системы изображена на рис 1.
Здесь О – объект управления;
ПР – промышленный регулятор;
X(t) – управляющее воздействие;
Y(t) – процесс на выходе объекта;
f(t) – возмущающее воздействие;
E(t) = X(t) — У(t) – отклонение регулируемого процесса от заданного (ошибкарегулирования);
μ (t) – регулирующее воздействие на объект.
Промышленные регуляторы — это универсальные устройства, предназначенные для регулирования самых разнообразных величин и объектов. Их конструкция такова, что к ним могут подключаться различные измерительные преобразователи и исполнительные механизмы. Они состоят из отдельных блоков, выполняющих конкретные операции (усиление, сложение, интегрирование и т.п.). Из этих блоков можно собрать схемы, реализующие практически любые законы регулирования. Современные промышленные регуляторы выполняются на основе микроконтроллеров.
Динамические свойства САР зависят от характеристик объекта и регулятора. Все параметры САР можно разделить на три группы:
— заданные параметры, которые нельзя изменить (например, статические и динамические параметры объекта);
— параметры, которые могут быть выбраны конструктором при разработке
регулятора, но не могут быть изменены при настройке;
— параметры, которые можно изменить при настройке (настроечные).
При разработке САР на основе промышленного регулятора возникает задача определения и установки настроечных параметров регулятора по заданным параметрам объекта. Решение этой задачи производится в следующем порядке:
— на основании сведений о регулируемом объекте, характере возмущений, управляющих воздействий и т.п. выбирается достаточно простой типовой закон регулирования;
— производится расчет оптимальной настройки регулятора;
— производится повторный анализ качества работы системы;
— если система не удовлетворяет поставленной задаче, выбирают более
сложный закон регулирования;
— если и эта мера не даст удовлетворительные результаты, усложняют структуру САР (вводят дополнительные контуры регулирования, уточняют характер воздействия возмущений и т.д.).
Динамические свойства объекта регулирования влияют на вид переходного процесса.
Свойства объекта необходимо знать при разработке схемы автоматизации, выборе закона работы регулятора и определении оптимальных значений его настроечных параметров. Правильный учёт свойств объекта позволяет создавать САР с высокими показателями качества переходного процесса.
Основными свойствами объектов регулирования являются: самовыравнивание, ёмкость и запаздывание.
Самовыравниванием называют свойство объекта самостоятельно приходить в равновесное состояние после изменения входного воздействия. В объектах с самовыравниванием ступенчатое изменение входной величины приводит к изменению выходной величины со скоростью, постепенно уменьшающейся до нуля, что связано с наличием внутренней отрицательной обратной связи.Чем больше степень самовыравнивания, тем меньше отклонение выходной величины от первоначального значения.Самовыравнивание объекта таким образом характеризует его устойчивость.
ОБЪЕКТ С САМОВЫРАВНИВАНИЕМ
Объект — ёмкостьЕ (рис. 1, а); расход по входу – Fвx; расход на выходе — Fвыx. Рассмотрим зависимость изменения уровня L, при изменении Fвx и Fвыx т.е. 
.При увеличении расхода Fвx (рис. 1, б), в момент времени t1уровень начинает увеличиваться; при этом увеличивается гидростатическое давление столба жидкости, что вызывает увеличение расхода Fвыx, который стремится к расходу Fвx. Уровень увеличивается, но в момент равенства расходов приходит к установившемуся значению
Рисунок 1 Схема объекта с самовыравниванием(а) и график 
.(б)
ОБЪЕКТ БЕЗ САМОВЫРАВНИВАНИЯ
На выходе ёмкостиЕ установлен насос H, с производительностью Fвыx (рис. 2, а). При увеличении расхода Fвx; в момент времени t1расход Fвыx не изменяется, что вызывает увеличение уровня (рис. 2, б). Данный объект может быть представлен интегрирующим звеном.
ЕмкостьСхарактеризует инерционность объекта, т.е. степень влияния входной величины xна скорость изменения выходной dy/dt. 
. (1)
Чем больше ёмкость, тем меньше скорость изменения выходной величины объекта и наоборот. Ёмкость объекта является свойством, присущим всем технологическим объектам.
Рисунок 2 Схема объекта без самовыравнивания(а) и график .(б)
Запаздываниеобъекта выражается в том, что его выходная величина уначинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени t, называемый временем запаздывания. Все реальные объекты нефтяной и промышленности обладают запаздыванием и требуют времени для прохождения сигнала от места нанесения возмущения до места, где фиксируется изменение выходной величины. Обозначив это расстояние через l (рис.3, а), а скорость прохождения сигнала через V, выразим время запаздывания t следующим образом
(2)
В качестве примера объекта, обладающего запаздыванием, можно рассмотреть трубопровод длиной l, на вход которого поступает продукт с расходом Fвх, а на выходе трубопровода имеем Fвыx(см. рис. 3, а). На рис. 3, б представлен график изменения Fвхв момент времени t1. Изменение Fвыxпроисходит с некоторым запаздыванием t в момент времени t2. Запаздывание определяется разностью времён 
(3)Свойства объектов оказывают существенное влияние на качество переходного процесса САР и на выбор закона регулирования.
Влияние самовыравнивания объекта аналогично действию автоматического регулятора.
Так, объекты, не обладающие самовыравниванием, самостоятельно не обеспечивают устойчивой работы и требуют обязательного применения автоматического регулятора. Причем, не каждый регулятор может справиться с задачей управления такими объектами. Таким образом, отсутствие самовыравнивания в объектах усложняет задачу регулирования, а его наличие облегчает задачу поддержания регулируемого параметра на заданном значении. Чем выше степень самовыравнивания, тем более простыми методами можно обеспечить требуемое качество регулирования.
Ёмкость объектов влияет на выбор типа регулятора. Чем она меньше, т.е. чем больше скорость изменения выходной величины объекта при данном изменении нагрузки, тем большую степень воздействия на объект должен иметь регулятор.
Наличие запаздывания в САР усложняет задачу регулирования технологического параметра в объекте. Поэтому необходимо стремиться к его уменьшению: устанавливать измерительный преобразователь и исполнительное устройство системы как можно ближе к объекту регулирования, применять малоинерционные измерительные и нормирующие преобразователи и т.д.
Рисунок 3 Схема объекта с запаздыванием (а) и график 
.(б)
Свойства объектов определяют аналитическим, экспериментальным и экспериментально-аналитическим методами.
Аналитический метод заключается в составлении математического описания объекта, при котором находят уравнение статики и динамики на основе теоретического анализа физических и химических процессов, протекающих в исследуемом объекте, с учетом конструкции аппаратуры и характеристик перерабатываемых веществ.
Аналитический метод применяют при проектировании систем управления технологическими объектами, физико-химические процессы которых достаточно хорошо изучены. Он позволяет прогнозировать работу объектов в статическом и динамических режимах, однако сопряжен с трудностью решения и анализа составленных уравнений и требует проведения специальных исследований для определения значений коэффициентов этих уравнений
Экспериментальный метод состоит в определении характеристик реального объекта путём постановки на нём специального эксперимента. Метод достаточно прост, обладает малой трудоемкостью, позволяет достаточно точно определить свойства конкретного объекта. При экспериментальном методе невозможно выявить функциональные связи между свойствами перерабатываемых и получаемых веществ, режимными показателями технологического процесса и конструктивными характеристиками объекта. Этот недостаток не позволяет распространить на другие подобные объекты результаты, полученные экспериментальным методом.
Экспериментально-аналитический метод заключается в составлении уравнений путём анализа явлений, происходящих в объекте, при этом численные значения коэффициентов полученных уравнений определяются экспериментально на реальном объекте. Являясь комбинацией аналитического и экспериментального способов определения свойств объектов, этот метод учитывает их преимущества и недостатки.
Источник
