Автоматизация

АВТОМАТИЗАЦИЯ, применение технических и программных средств для получения, передачи, хранения, распределения и преобразования информации о состоянии объектов, а также для управления объектами, направленное на достижение заданных целей.

Объектом автоматизации может быть в принципе любой предмет познания и практической деятельности человека. Например, процедуры научных исследований и проектирования; системы связи; производственные комплексы машиностроения, транспорта, энергетики, добывающей промышленности, химии, металлургии и тому подобное. Главное требование к объектам автоматизации - наблюдаемость и управляемость процессов в них (достаточность точек получения информации и приложения управляющих воздействий для достижения заданной цели). Наиболее характерными целями автоматизации являются:

1. Частичное или полное освобождение человека от участия в информационных и/или управленческих процессах. Обычно эта цель ставится по экономическим соображениям, в случае большого количества рутинных операций, ограниченного доступа к объектам, в опасных для жизни человека условиях работы, при наличии в объектах процессов, не соответствующих физиологическим возможностям человека.

2. Обеспечение требуемого характера протекания процессов в объекте, например, заданного вида траекторий изменения выделенных координат, временных или интегральных показателей процессов. Такие цели преобладают при автоматизации технологических процессов.

3. Обеспечение координации работы совокупности объектов, выполняющих общие задачи. В технике — это производственные комплексы; в экономике - подразделения и службы организаций и предприятий; в вооруженных силах - структурные единицы армии и виды вооружения; в региональных подразделениях - функциональные службы областей, городов, районов и тому подобное.

4. Коррекция динамических свойств объектов для улучшения их управляемости. Для этого применяют динамические корректирующие устройства и процедуры. Таким образом, например, колебательные процессы переводятся в апериодические, неустойчивые - в устойчивые. Необходимость коррекции возникает при создании многих видов подвижных объектов, в частности, летательных аппаратов (ракет, экранопланов).

5. Компенсация влияния нежелательных внутренних и внешних возмущений на процессы в объектах. Различают координатные, параметрические и структурные возмущения. Координатные вызывают изменения значений координат (переменных величин) процессов в объекте, например, помехи в каналах связи, воздействие климатических факторов на технические комплексы, ненормативные изменения условий работы организационных систем и тому подобное. Параметрические возмущения приводят к изменению значений параметров динамических свойств объекта. Например, изменение эффективности рулей самолёта в зависимости от высоты полёта, ухудшение теплообмена по мере эксплуатации в тепловых установках и тому подобное. Структурные возмущения вызывают изменение предусмотренных проектом связей процессов в объекте. Например, отказы в работе отдельных элементов объекта из-за скрытых дефектов, случайного или преднамеренного воздействия внешних сил (поражающих средств противника, ударов молнии, землетрясений и т.п.).

Общее свойство координатных, параметрических и структурных возмущений состоит в том, что они способны ухудшать качество функционирования объекта вплоть до полной потери им работоспособности. Компенсация влияния возмущений - это одна из главных проблем автоматизации, стимулирующая развитие теорий управления, надёжности, живучести и безопасности автоматизируемых объектов.

Средства автоматизации принято разделять на два класса: программные и аппаратные. Программное средство - программа реализации алгоритма обработки информации и/или управления, записанная на некотором носителе. Реализуется с помощью аппаратных средств, как правило, универсального типа (микропроцессоры, запоминающие устройства и другая цифровая техника). Наряду с универсальными применяются и специализированные средства. К ним относятся устройства (автоматы), в которых алгоритмы или программы преобразования информации реализуются посредством использования свойств физических процессов и/или изменения структуры, присущей природе данного средства как носителя информации. В основном к этому классу относят первичные преобразователи (датчики) и исполнительные устройства, то есть технические средства, непосредственно связанные с объектом автоматизации.

Технология автоматизации определяется назначением конечного продукта (информационных или управляющих систем, обеспечивающих достижение цели автоматизации и удовлетворяющих заданным условиям эксплуатации). Организационно построение технологии включает в себя следующие этапы: разработку технического задания, создание эскизного, технического и рабочего проектов, производство, испытания и сдачу конечного продукта заказчику. Содержание каждого этапа детально определяется соответствующими нормативными документами.

Важнейший принцип автоматизации: максимально согласованное проектирование объекта автоматизации и необходимых для его управления информационных и управляющих систем. Сложная и важная операция технологии - оценка качества автоматизации.

Качество автоматизации оценивается главным образом группами показателей, характеризующих функциональную и эксплуатационную работоспособность информационных и/или управляющих систем. Функциональная работоспособность систем определяется показателями динамики (устойчивостью, быстродействием и другим) и точности, оценивается расчётными методами и подтверждается экспериментально на этапах испытаний и сдачи систем. Эксплуатационная работоспособность определяется показателями надёжности, живучести, безопасности; оценивается на уровне отдельных устройств посредством расчётов и экспериментально; на уровне систем - как правило, посредством расчётов.

Для оценки качества применяют два подхода: на основе анализа совокупности показателей функциональной и эксплуатационной работоспособности; на основе сводных (обобщающих) показателей типа технической или экономической эффективности. Предпочтительней второй подход, так как он непосредственно отражает полезность данной системы автоматизации.

Среди многих определений эффективности конструктивными можно считать следующие.

1. Эффективность - мера использования потенциальных возможностей объекта автоматизации; например, эффективность эксплуатации специализированной вычислительной системы можно определять как отношение числа правильно решённых задач к общему числу решённых.

2. Эффективность - мера, отражающая связь приращения целевой функции отдачи автоматизации (применения новых информационных или управляющих систем) и затрат на автоматизацию. Определения второго вида базируются на принципе «затраты - результаты», при этом используются показатели и технической, и экономической эффективности. Техническая эффективность определяется как отношение результата (достижения цели автоматизации), выраженного в натуральных единицах, к полным затратам на достижение этого результата (дисконтированным капитальным и текущим), выраженным в единицах измерения затраченных ресурсов или в стоимостном выражении. Для экономической эффективности применяют два вида оценок: сравнительную и абсолютную. Сравнительная оценка (экономический эффект) определяется как разность целевой отдачи и полных затрат на автоматизацию. К этой категории оценок относится, например, «время окупаемости затрат». Сравнительная оценка экономической эффективности позволяет выбрать лучший вариант средств автоматизации из числа конкурирующих. Абсолютная оценка (экономическая рентабельность) определяется как отношение результата достижения цели к полным затратам. Её назначение - установить экономическую целесообразность вложения средств фирмы в реализацию выбранного варианта автоматизации в сравнении с нормативной рентабельностью вложения средств, согласованной с фирмой-инвестором.

Для оценки качества автоматизации часто применяют экспертные оценки типа «уровень автоматизации» и «степень автоматизации». Уровень автоматизации определяется совершенством применённых аппаратно-программных средств. Для оценки используется качественная шкала в выражениях «низкий», «средний», «высокий» или «современный уровень», «уровень N-х годов» или «уровень N-го поколения».

Степень автоматизации определяется долей трудоёмкости автоматизированных операций от полной трудоёмкости информационных и/или управленческих операций, запланированных для рассматриваемого объекта. Для оценки используются количественные (в диапазоне 0-100%) и качественные (в выражениях «низкая», «высокая», «примерно N процентов») шкалы. Созданы производства, на которых степень автоматизации близка к 100%, например, атомные электростанции. АЭС представляет собой систему, включающую сотни различных агрегатов, работа которых должна быть строго скоординирована и подчинена технологическим регламентам в каждый момент времени. От этого зависит не только объём и качество вырабатываемой энергии, но и безопасность персонала и окружающей территории. Представление о степени автоматизации АЭС дают такие данные: датчиков около пяти тысяч, исполнительных устройств около трёх тысяч, контуров автоматического регулирования координат технологических процессов порядка трёхсот. Некоторые процессы особенно сложны для управления. В их числе - удержание в реакторе на заданном уровне нейтронного потока; обеспечение баланса энергии в цепи главных энергетических агрегатов (реактор - парогенераторы - турбины - электрогенераторы - электросеть); обеспечение противоаварийной защиты и перевода всего комплекса в допустимый (послеаварийный), безопасный режим работы.

Смотри также Автоведение поездов, Автоматизация посадки самолёта, Автоматизированное управление, Автоматика, Автоматическая линия, Автоматическое управление, Железнодорожная автоблокировка, Комплексная автоматизация производства, Регулирование автоматическое.

Лит.: Гличев А. В. Экономическая эффективность технических систем. М., 1971; Эффективность внедрения ЭВМ на предприятии. М., 1981; Методы анализа и синтеза структур управляющих систем. М., 1988; Теория управления: Терминология. М., 1988.