Лекции - Основы конструирования, моделирования, проектирования

Подождите немного. Документ загружается.

Алгоритмические признаки

Неалгоритмические признаки

По конфигура-

ции цепи

воздействий

Разомкну-

тые

Замкнутые

Комбини-

рованные

По принципу

выработки

управляющих

воздействий

По характеру

изменения

управляемой

величины

Регулиро-

вания

Поисковые

Стабили-

зирующие

Следящие

Програм-

мные

По назначению

По виду при-

меняемой

энергии

По виду

сигналов

По принадлеж-

ности источника

энергии

По виду диф-

ференциально-

го уравнения

По характерис-

тикам устано-

вившегося

режима

Системы управ-

ления приводом

Системы управ-

ления флотацией

Электрические

Пневматические

Оптические

Непрерывные

Дискретные

Прямого действия

Непрямого

действия

Линейные

Нелинейные

Статические

Астатические

Рис.3.3. Классификация систем управления по алгоритмическим и

неалгоритмическим признакам.

Лекция 4. Основные функции, цели функционирования и принципы

построения современных систем управления производством.

4.1. Функции систем управления.

Современные системы управления отличаются сложной структурой,

иерархичностью, наличием между элементами прямых, обратных и перекрестных

связей.

Системы управления технологическими процессами реализуют следующие

основные рабочие функции:

 контроль за ходом технологического процесса, состоянием технологического

оборудования и автоматизированный сбор соответствующей информации;

 выдачу управляющих сигналов в ритме протекания процесса;

 автоматическое выполнение дискретных операций типа “включить-отключить”

при пуске, останове;

 регулирование величины отдельных параметров и дистанционное

управление регулирующими устройствами;

 программное управление (пуск, останов агрегатов, коммутационные

операции, передвижение в пространстве и во времени);

 стабилизацию процессов в установленном режиме;

 оптимизацию процессов;

 защиту технологического оборудования при аварийных ситуациях;

 контроль за выполнением технико-экономических показателей

технологического процесса (производительность машин, себестоимость,

производительность труда и т.п.);

 оперативно-диспетчерское управление - совокупность текущих решений и

действий, обеспечивающих эффективное функционирование

производственных процессов;

 управление обслуживанием, т.е. вспомогательными службами, в т.ч.

ремонтной, энергохозяйства и т.п.;

 оперативную связь с верхними уровнями управления.

В целом система управления технологическим процессом является системой

управления для выработки и реализации управляющих воздействий на

технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления.

Эта система обеспечивает управление технологическими объектами на основе

централизованно обработанной информации по заданным технологическим и технико-

экономическим критериям, определяющим количественные и качественные результаты

выработки продукта, и подготавливает информацию для решения организационно-

экономических задач.

К функциям, реализуемым системой управления производством в целом,

относятся:

 оперативный контроль протекания технологических процессов по

укрупненным показателям и контроль состояния агрегатов (работа, резерв,

ремонт);

 расчет, регистрация и анализ технико-экономических показателей

производства;

 анализ производственных ситуаций, выявление предаварийных и аварийных

ситуаций;

 выдача рекомендаций персоналу по безаварийному ведению эксплуатации,

координации нагрузок, оптимальному управлению производством;

 снабжение информацией остальных уровней управления предприятием.

Оптимизация производства ведется по локальному или комплексному критерию,

выбираемому верхним уровнем управления.

4.2. Принципы построения современных систем управления.

Главными целями функционирования (и совершенствования) любой системы

управления предприятием или отдельным технологическим процессом являются

прежде всего:

 повышение экономической эффективности деятельности предприятия за счет

рационального использования энергетических и материальных ресурсов,

оборудования, квалифицированного персонала (трудовых ресурсов),

снижения необоснованных расходов и потерь от аварий и простоев;

 повышение безопасности труда, улучшение экологической обстановки в зоне

влияния предприятия.

Для достижения этих целей современная система управления должна

обеспечивать:

 не эпизодический, а непрерывный контроль (мониторинг) всех ключевых

параметров производства - внутренней и внешней среды, самого

производственного процесса и всех служб предприятия в их постоянной

взаимосвязи;

 функциональную, психологическую и техническую совместимость

пользователей с интегрированной базой данных посредством

специализированных АРМов с учетом специфики предприятия;

 перераспределение ответственности за принятие решения на всех уровнях

управления при соответствующем изменении на этой основе структуры

управления предприятием,

и должна быть структурно, информационно и программно адаптирована к

сложившейся организационной структуре управления предприятием, к действующим в

стране и отрасли нормативам по технологии производства работ, правилам

эксплуатации оборудования, и, наконец, к реальной экономической обстановке.

Исходя из поставленных требований, выполняемых функций и целей

функционирования современной системы управления предприятием, ее построение

должно базироваться на следующих основных принципах:

 принцип целеобусловленности, первичности цели, для реализации которой

должна формироваться надлежащим образом организационная структура,

технология, оборудование;

 принцип новых задач, суть которого в том, что система создается не только

для решения устоявшихся задач сложившимися методами, а прежде всего -

новых оптимизационных и инженерных задач с использованием преимуществ

компьютерной технологии управления (универсальность,

многофункциональность, гибкость, высокая оперативность, безбумажность

документооборота). При этом одновременно происходит системное

совершенствование как самого объекта управления, так и его субъектов;

 принцип иерархической децентрализации информационно-управляющей

системы по функциональному, временному и ресурсному приоритетам с

координацией и согласованием совместной работы взаимосвязанных звеньев

производства (например, для угольной шахты это - выемка угля, проходка,

транспорт и др.);

 принцип информационной достаточности интегрированной информационной

базы на основе распределенных специализированных банков данных с

многократным использованием входной и контролируемой информации,

обеспечением ее достоверности и приближением информации к

потребителям;

 принцип гибкости системы, реализуемый ее адаптивностью к изменяющимся

условиям объекта управления, предприятия в целом, возможностью

поэтапного наращивания новых функций (задач), совместимостью

построенных на основе модульного подхода компонентов, высокой

живучестью (способностью сохранять работоспособность системы при отказе

ее отдельных частей), возможностью длительного автономного

функционирования локализованных подсистем;

 принцип эргатичности (человеко-машинный характер), основанный на

заинтересованности пользователя, начиная с первого руководителя, с учетом

индивидуального опыта и эвристических методов принятия решений

руководителя (пользователя), в рациональном распределении функций

между человеком и ЭВМ, наглядной визуализации процесса управления,

благожелательности интерфейса рабочих мест, обеспечении возможности

загружать систему новыми задачами, модернизировать ее собственными

силами.

В соответствии с изложенными принципами построения в современных системах

управления должны использоваться:

 интегрированная (общая) база данных, программные средства ее

формирования и использования в системе;

 специализированные АРМы;

 мониторинг наиболее важных параметров производственного процесса;

 современные системы дистанционного (в т.ч. автоматического) управления

основным и вспомогательным технологическим оборудованием;

 полноценные системотехнические решения, аппаратные и программные

средства по сопряжению с верхними уровнями управления;

 микропроцессорные средства сбора, обработки, передачи и представления

информации, средства сопряжения их с вычислительной сетью.

Тема 3. Технико-экономические аспекты конструирования

и проектирования.

Лекция 5. Экономическая эффективность создания и внедрения новой

техники

5.1. Технико-экономическое обоснование внедрения новой техники.

Первый этап разработки и постановки на производство практически любой

продукции - разработка технического задания (ТЗ), который включает разработку

технико-экономического обоснования (ТЭО).

В типовое ТЭО входят следующие разделы:

 актуальность проблемы;

 основание для выполнения работ;

 существующее состояние вопроса в отрасли или состояние рынка сбыта;

 характеристика исполнителя (исполнителей) - разработчика,

предполагаемого изготовителя;

 краткая техническая характеристика изделия;

 объемы внедрения (предполагаемая потребность);

 экономическая эффективность;

 стоимость и этапы выполнения разработки.

5.2. Источники экономической эффективности создания новой техники.

Как правило, необходимость создания новой техники вызвана желанием

усовершенствовать процесс производства с целью минимизации затрат и,

следовательно, достижения лучших экономических показателей предприятия.

На начальных этапах разработки, предшествующих конструированию, делается

ТЭО создания новой техники. На этом этапе выделяются источники экономической

эффективности внедрения разрабатываемого устройства или системы (раздел

“экономическая эффективность” ТЭО).

Типовыми, наиболее часто встречающимися источниками экономической

эффективности создания и внедрения новой техники являются:

 увеличение объема выпускаемой продукции;

 повышение качества выпускаемой продукции (ведет к возможности

увеличения цены на продукцию);

 экономия ресурсов (сырьевых или энергетических), затрачиваемых на

производство единицы продукции;

 повышение производительности труда (сокращение трудозатрат на

производство единицы продукции);

 снижение стоимости новой техники по сравнению с используемой (базовой);

 снижение затрат на эксплуатацию новой техники (сравнительно с базовой).

5.3. Определение цены новой техники и экономического эффекта от ее

внедрения.

Учитывая экономические интересы разработчиков и потребителей новой

техники, договорная цена на новую научно-техническую продукцию должна

располагаться между нижним и верхним ее пределами.

< Ц

, (5.1)

где Ц

- нижний предел цены, учитывающий собственные расходы, услуги

сторонних организаций и нормативную (или минимальную) прибыль;

- верхний предел цены.

Величина Ц

и ее положение в интервале зависит от долей экономического

эффекта, принадлежащих создателям и потребителям новой техники.

Нижний предел цены определяется по укрупненной калькуляции затрат и

стоимости работ при создании единицы изделия.

Для определения верхнего предела цены необходимо определить хозрасчетный

эффект предприятия-потребителя Э

за весь расчетный период эксплуатации Т

путем

сравнения затрат при новом и заменяемом оборудовании, например, по следующей

формуле:

ТдопТТСПКТХ

ККЛЭПИЭ 

, (5.2)

где:

И

- экономия издержек производства (без отчислений на реновацию) за период

;

П

- прирост прибыли за счет улучшения качества продукции;

СП

- экономия на смежных процессах;

- ликвидационные суммы, полученные от реализации замененного

оборудования по его остаточной стоимости;

- капитальные затраты по балансовой стоимости на приобретение нового

оборудования с учетом транспортно-заготовительных расходов;

Т доп

- дополнительные единовременные затраты, связанные с внедрением

новой техники.

Верхний предел цены нового оборудования определяется из (4.2) путем

приравнивания Э

к нулю.

Поскольку К

= Ц

 К

ТР

, где К

ТР

- коэффициент транспортно-заготовительных

расходов, то

ТР

ТдопТСПКТ

КЛЭПИ





. (5.3)

Следует отметить, что количество, состав и величина слагаемых в числителе

приведенного выражения зависят от конкретных условий предприятия, типа

внедряемой техники и источников экономической эффективности, принятых во

внимание при расчете.

Договорная цена определяется по формуле:



ВНД

ЦЦЦ  )1(

, (5.4)

где  - общая доля эффекта организаций разработчиков и предприятия-

изготовителя.

Распределяемый экономический эффект на единицу оборудования в расчете на

один год эксплуатации определяется согласно формуле:

НВ

ЦЦ





. (5.5)

В качестве примера рассмотрим типичную ситуацию – приобретение

промышленным предприятием новой техники для замены устаревшей, морально или

физически изношенной, и проведем расчет верхнего предела цены и договорной цены.

Шахта собирается приобрести угледобывающий комплекс. Производительность

нового комплекса в среднем - П

= 300 тонн в смену. Производительность заменяемого

комплекса в среднем - П

= 290 тонн в смену. Повышение цены рядового угля за счет

улучшения фракционного состава и снижения зольности - от Ц

ПБ

= 178 до Ц

ПН

= 181грн.

за 1т. Суточный режим работы шахты - 3 добычных и 1 ремонтная смена. Режим

работы шахты по году - непрерывный. Расходы на электроэнергию за счет повышенной

энерговооруженности комплекса возрастут на ∆И

= 10 тыс.грн. в месяц. Расходы на

ремонт и обслуживание сократятся на ∆И

= 3 тыс.грн. в месяц. Экономия на смежных

процессах (транспортирование и погрузка) должна составить Э

СП

= 20 тыс.грн. в месяц.

Предполагаемые затраты на монтаж-демонтаж - К

ТДОП

= 125 тыс.грн. Стоимость сдачи

на металлолом узлов и деталей заменяемого комплекса - Л

= 63 тыс.грн.

Коэффициент транспортно-заготовительных расходов – К

ТР

= 1,1. Срок службы

комплекса - Т

= 3 года.

Необходимо определить верхний предел цены комплекса и договорную цену при

условии, что его стоимость на заводе-изготовителе с учетом планового уровня

рентабельности составляет Ц

= 4,5 млн. грн., а доля экономического эффекта

разработчика и изготовителя составляет α = 50%.

На первом этапе расчета следует определить источники экономической

эффективности, которые необходимо принять во внимание.

В данном случае это:

 увеличение объема выпускаемой продукции;

 повышение качества выпускаемой продукции;

 экономия на смежных процессах;

 экономия издержек производства (затраты на ремонт и электроэнергию).

Далее необходимо произвести расчет экономического эффекта за весь срок

службы оборудования по каждому из указанных источников.

1) эффект от увеличения объема выпускаемой продукции:

ОВП

= Ц

ПБ

× ( П

– П

) × n

× n

СУТ

× Т

= 178 × (300 – 290) × 3 × 365 × 3 = 5847300

грн.,

где n

– количество добычных смен в сутки (для всех расчетных вариантов n

СУТ

– количество рабочих дней в году (для непрерывного режима работы

предприятия n

СУТ

= 365).

2) эффект от улучшения качества выпускаемой продукции:

П

= (Ц

ПН

- Ц

ПБ

) × П

× n

СУТ

× Т

= (181 – 178) ×300 × 3 × 365 × 3 = 2956500

грн.

3) эффект от экономии издержек производства (затраты на ремонт):

∆И

РТ

= ∆И

× n

× Т

= 3000 × 12 × 3 = 108000 грн.,

где n

– количество календарных месяцев в году.

4) эффект от экономии издержек производства (затраты на электроэнергию):

∆И

ЭТ

= ∆И

× n

× Т

= (- 10000) × 12 × 3 = - 360000 грн.

5) эффект от экономии на смежных процессах:

СПТ

= Э

СП

× n

× Т

= 20000 × 12 × 3 = 720000 грн.

Кроме того, по условиям задачи имеются единовременные затраты и доходы,

связанные с внедрением новой техники: ликвидационная сумма Л

= 63000 грн. и

затраты на демонтаж заменяемого и монтах нового оборудования К

ТДОП

= 125000 грн.

Эти суммы включаются в выражение для определения верхнего предела цены

непосредственно.

Для определения верхнего предела цены воспользуемся выражением (5.3),

учитывая коэффициент транспортно-заготовительных расходов К

ТР

5847300 + 2956500 + 108000 – 360000 + 720000 + 63000 - 125000

= ______________________________________________________= 8372545,45 грн.

1,1

В завершение для определения договорной цены используем выражение (5.4):

= 4500000 × (1 – 0,5) + 8372545,45 × 0,5 = 6436272,73 грн.

Лекция 6. Этапы создания продукции. Виды и состав конструкторской

документации

6.1. Этапы создания элементов и систем.

Продукция, подлежащая разработке и постановке на производство, должна

удовлетворять требованиям заказчика и обеспечивать возможность ее эффективного

применения потребителем.

Разработка продукции осуществляется по договору с заказчиком или по

инициативе разработчика. Разработка продукции может выполняться по конкурсу (если

имеется несколько потенциальных разработчиков).

Результаты разработки как вид научно-технической продукции передаются

заказчику или, по его указанию, изготовителю для производства промышленной

продукции. Функции заказчика может выполнять государственная, частная или

общественная организация (предприятие):

 потребитель, которому будет поставляться заказываемая продукция;

 организация, которой поручено представлять интересы потребителей

(министерство, ведомство или указанная ими организация, торговая

организация);

 изготовитель, который намечает выпускать продукцию по заказываемой им

документации;

 разработчик конечной продукции по отношению к разработчику материалов и

комплектующих изделий.

Разработчик на основе исходных требований заказчика, изучения спроса,

условий применения, тенденций развития и имеющегося научно-технического задела

проводит необходимые научно-исследовательские, опытно-конструкторские и

технологические работы, включая патентные исследования, функционально-

стоимостной анализ, моделирование, художественное конструирование и другие

методы создания продукции. При этом следует руководствоваться нормативно-

техническими и другими документами, в которых установлены значения показателей,

определяющих технический уровень продукции, требования сопротивляемости

внешним воздействиям, заменяемости и совместимости составных частей и продукции

в целом, безопасности, охраны здоровья и природы.

Разработка и постановка продукции на производство в общем случае

предусматривает:

 разработку ТЗ;

 разработку технической и нормативно-технической документации;

 изготовление и испытания образцов продукции;

 приемку результатов разработки;

 подготовку и освоение производства.

Отдельные из указанных этапов работ можно совмещать, а также изменять их

последовательность и дополнять другими работами в зависимости от специфики

продукции, организации ее производства и наличия научно-технического задела у

разработчика.

6.2. Разработка ТЗ.

ТЗ является основным исходным документом для разработки продукции. Оно

должно содержать технико-экономические требования к продукции, определяющие ее

потребительские свойства и эффективность применения, перечень документов,

требующих совместного рассмотрения, порядок сдачи и приемки результатов

разработки, а при необходимости - требования к подготовке и освоению производства.

Конкретное содержание ТЗ определяют заказчик и разработчик, а при

инициативной разработке - только разработчик.

К разработке ТЗ могут привлекаться другие заинтересованные организации

(предприятия): изготовитель, торговая организация, организация-проектировщик,

монтажно-наладочная организация и др.

Для подтверждения отдельных требований к продукции, например, по

безопасности, экологии, а также оценки технического уровня продукции ТЗ может быть

направлено разработчиком или заказчиком на заключение (экспертизу) в сторонние

организации.

В качестве ТЗ допускается также использовать любой документ (контракт,

протокол, эскиз и др.), содержащий необходимые и достаточные требования для

разработки и признанный заказчиком и разработчиком, а также образец продукции,

предназначенный для воспроизведения.

При инициативной разработке продукции промышленного назначения типовое

ТЗ обычно состоит всего лишь из следующих разделов:

- наименование и область применения.

- цель и назначение разработки.

- технические требования к изделию.

При согласии заказчика и разработчика в ТЗ на последующих этапах разработки

могут быть внесены изменения и дополнения.

6.3. Разработка документации, изготовление и испытания образцов продукции.

Разработку конструкторской, технологической и программной документации на

изделия проводят по правилам, установленными соответствующими стандартами.

К конструкторским документам относят графические и текстовые документы,

которые определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные

для его разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

Документы в зависимости от стадии разработки подразделяются на проектные и

рабочие. К первым относятся техническое предложение, эскизный и технический

проекты.

Техническое предложение выполняется для выявления дополнительных или

уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и

др.). На основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных

вариантов изделия ТЗ может быть уточнено и дополнено. Техническое предложение

включает проверку изделия на патентную чистоту, оформление патентов, оценку

качества рассматриваемых вариантов и выбор оптимального варианта для

обеспечения наилучшего технического и экономического эффекта (иногда по

изготовленному макету).

Эскизный проект разрабатывают для установления принципиальных

(конструктивных, схемных и др.) решений, дающих общее представление о работе и

устройстве изделия. По эскизной документации изготавливают и испытывают макет.

На этапе технического проекта принимаются окончательные технические

решения с подробной разработкой общих видов, чертежей деталей и схем изделия,

позволяющих оценить его соответствие требованиям ТЗ, технологичность, удобство

эксплуатации и т.п. Технический проект служит основанием для разработки рабочей

конструкторской документации.

В процессе разработки документации выбор и проверка новых технических

решений, обеспечивающих достижение основных потребительских свойств продукции,

должны осуществляться при лабораторных, стендовых и других исследовательских

испытаниях моделей, макетов, натурных составных частей изделий и

экспериментальных образцов продукции в целом в условиях, как правило,

имитирующих реальные условия эксплуатации.

По усмотрению разработчика допускается совмещать или не проводить

отдельные виды работ различных стадий.

На стадии создания рабочей документации выполняются следующие работы:

 разработка конструкторских документов, предназначенных для изготовления

и испытаний опытного образца;

 изготовление и испытания опытного образца;

 корректировка конструкторских документов по результатам испытаний

опытного образца;

 приемочные испытания опытного образца;

 корректировка конструкторской документации по результатам приемочных

испытаний;

 изготовление и испытания установочной серии;

 корректировка конструкторской документации по результатам изготовления и

испытаний установочной серии.

Приемочные испытания проводит разработчик совместно с заказчиком или

приемочная комиссия. По требованию заказчика или по решению разработчика

приемочные испытания могут быть поручены специализированной испытательной

организации или предполагаемому изготовителю.

В приемочных испытаниях, независимо от места их проведения, вправе принять

участие изготовитель и органы, осуществляющие надзор за безопасностью, охраной

здоровья и природы, которые должны быть заблаговременно информированы о

предстоящих испытаниях.

Некоторые виды продукции, например, средства измерения, подвергаются

государственным приемочным испытаниям, проводимым с обязательным участием

представителей Госстандарта. В этом случае положительные результаты испытаний

служат основанием для занесения изделия в Госреестр Украины.

Разработчик на основе требований ТЗ и стандартов, касающихся данного вида

продукции, с учетом результатов испытаний в установленных случаях разрабатывает

проект нормативно-технического документа на конкретную продукцию (технические

условия или стандарт) или отражает все требования к качеству продукции в

технической документации.

6.4. Приемка результатов разработки.

Оценку выполненной разработки и принятие решения о производстве и (или)

применении продукции проводит приемочная комиссия, в состав которой входят

представители заказчика (основного потребителя), разработчика, изготовителя. При

необходимости к работе комиссии могут быть привлечены эксперты сторонних

организаций, а также органы, осуществляющие надзор за безопасностью, охраной

здоровья и природы.

На приемочную комиссию разработчик представляет ТЗ, проект технических

условий (ТУ) или стандарт ТУ, конструкторские и (или) технологические документы,

требующие совместного рассмотрения, результаты испытаний и другие материалы,

подтверждающие соответствие разработанной продукции этим документам и

удостоверяющие ее технический уровень и конкурентоспособность, а также, как

правило, опытные или экспериментальные образцы продукции, а если их изготовление

не было предусмотрено, - единичную продукцию.

По результатам рассмотрения представленных материалов комиссия составляет

акт, в котором указывает:

 соответствие разработанной (изготовленной) продукции заданным

требованиям и рекомендации о ее производстве (сдаче потребителю);

 результаты оценки технического уровня продукции;

 рекомендации об изготовлении установочной серии (для серийной и

массовой продукции) и ее объем;

 замечания и предложения по доработке продукции (при необходимости).

Утверждение председателем акта приемочной комиссии означает окончание

разработки, прекращение действия ТЗ, согласование представленных нормативно-

технических и эксплуатационных документов, а также разрешение на производство или

использование продукции.

При отрицательной оценке результатов разработки в целом в акте указывают

направления дальнейших работ и условия повторного представления результатов или

нецелесообразность продолжения работ.

6.5. Подготовка и освоение производства.

Для обеспечения готовности предприятия к серийному выпуску продукции

изготовитель с привлечением, при необходимости, разработчика проводит подготовку

и освоение производства.

Подготовку производства начинают, как правило, параллельно с разработкой

технической документации и изготовлением опытного образца.

Освоение производства, если оно не было выполнено ранее, проводят в

процессе изготовления установочной серии (промышленной партии). При этом

выполняют мероприятия по отработке технологии и подготовке персонала к выпуску

продукции со стабильными свойствами и в заданном объеме.

Для подтверждения готовности производства к серийному выпуску продукции

изготовитель проверяет полноту технологического процесса, качество и стабильность

выполнения технологических операций и проводит квалификационные испытания

образцов установочной серии.

Квалификационные испытания проводят также при постановке на производство

продукции, ранее освоенной на другом предприятии или изготовляемой по лицензии.