Уровень автоматизации

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Уровень (степень) автоматизации (англ. Levels of Automation, LOA)  — (1) текущее или планируемое состояние, описываемое количественно или качественно в соответствии с объемом автоматизируемых функций контроля и управления[1]; (2) это формализованная, выраженная числом степень роботизации выполняемых операций или независимость автоматизированного комплекса от человека[2]; (3) уровень автономности системы[2][3].

Содержание

[править] Качественная и количественная оценка

Существует обоснованное мнение, что единого метода оценки уровня автоматизации, тем более в процентах — не существует[4].

Тем не менее, может описываться качественно и количественно, а так же в рамках контекстуальных и неконтекстных категорий[3] и может быть систематизирован[5]. Для точности таких оценок требуется аудит всей системы, инфраструктуры или структуры. Понятие используется достаточно широко и охватывает различные сферы, от механической торговой системы в трейдинге до разработок в ракетно-космической отрасли. В сфере бизнеса связано с автоматизацией бизнес-процессов компаний. В промышленности перекликается с технологическими, производственными возможностями процессов в соответствующих системах: автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП); автоматизированная система управления производством (АСУП) и др.

Качественные описания достаточно быстро устаревают (в некоторых в академических источниках даются только общие оценки о степени загрузки рабочего персонала, гибких производствах и роботизации[6]), но в деловой практике применяются уже более детальные количественные представления, основанные на анализе информационной инфраструктуры[2], производства[1] и применения методик шкалирования[7].

Оценка состояния уровня автоматизации так же деловых процессов, корпоративных-информмационных систем (КИС) или систем автоматизации является важным звеном в анализе для развития и понимания ситуации. Наиболее всего такие оценки доступны для восприятия в форме рациональных результатов[8]. За рубежом широкое распространение получила порядковая шкала 10-ти уровней автоматизации (LOA) Т.Шеридана и В.Вепланка и другие шкалы[5]. В отечественных исследованиях чаще всего применялся коэффициент автоматизации, либо другой расчетный показатель[9].

Соответствие между количественной и качественной оценкой уровня (степени) автоматизации существуют в стандартах:

  • Системы автоматизированного проектирования[10]
  • Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении[9].
  • Классификация и определения терминов, связанных с автоматизированными системами автономных транспортных средств[11].

Согласно стандарту ГОСТ 23004-78 выделяют следующее соответствие категорий и количественных значений[9]:

  • 0 — Нулевая при отсутствии механизации (автоматизации) процесса
  • 1 — Низшая Св. 0,00 до 0,25
  • 2 — Малая 0,25 … 0,45
  • 3 — Средняя 0,45 … 0,60
  • 4 — Большая 0,60 … 0,75
  • 5 — Повышенная 0,75 … 0,90
  • 6 — Высокая 0,90 … 0,99
  • 7 — Завершенная 1,00

Для систематизации уровня автоматизации также используют множество других шкал[5].

[править] Виды оценок автоматизации

Можно разделить по типу оцениваемых объектов автоматизации:

  • информационных или автоматизированных систем
  • компании
  • предприятия производства
  • автономные устройства

По типу процессов автоматизации:

  • бизнес-процессов
  • процессов человек-техника-компьютер

По типу критериев автоматизации:

  • по доли рабочего времени подлежащего автоматизации
  • по уровню функциональности программно-технических средств(ПТС), систем автоматизации

По типу расчетных или экспертных оценок:

  • экспертное шкалирование
  • расчет коэффициентов
  • смешанные подходы

[править] Анализ объекта и подсчет параметров автоматизации

Моделирование уровня (степени) автоматизации, в целом для систем/устройств является важной количественной характеристикой, которая служит наглядным отражением уровня развития объекта, предприятия и степени автономного взаимодействия процессов. Является показателем оснащенности современным оборудованием, внедрения передовых технологий и применения инновационных решений. В частности, может отражать уровень обеспечения современными программно-техническими средствами (ПТС), применения интеллектуальных систем, разработанных математических моделей и алгоритмов, программного обеспечения и других новых функциональных возможностей, направленных на сокращение непосредственного участия человека в производственных процессах. Оценка состояния (промышленный аудит, ИТ-аудит) таких объектов или системы является важным звеном для достижения эффективных результатов при развитии и эксплуатации.

[править] Производственный объект или компания

В иерархических структурах управления используется многоуровневое построение систем сбора обработки, передачи и отображения информации с целью контроля и выработки управляющих решений. Данные поступают с нижних уровней и ключевая информация для принятия решения и контроля концентрируется на верхних уровнях. Так же в некоторых структурах (подструктурах) присутствую горизонтальные связи с не выраженной подчиненностью, как правило они ранжируются по значимости относительно друг друга.

В зависимости от типа структуры и ситуации, которая нас интересует уровень автоматизации может рассчитываться линейно по горизонтальным связям, либо с учетом более сложных зависимостей с подчинением и ранжированием элементов в иерархии, как среднее арифметическое или среднее взвешенное.

[править] Автоматизация информационных или автоматизированных систем

В качестве объекта могут выступать технические, организационные, биологические и другого рода иерархические системы и структуры. В частности, в технической сфере это может иметь место в промышленной автоматизации для систем автоматизированного управления (АСУ), различных АСОДУ, АСУ ТП и т. п., начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации; для телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, как экспертиза сетевой и ИТ инфраструктуры, операторов связи и т. д[12].

В таких системах для определения уровня автоматизации может рассматриваться состояние системы, выраженное в количественных единицах. Уровню (степени) автоматизации ставится в соответствие расчетный интегральный коэффициент автоматизации предприятия[13][14].

Для АСУ ТП Интегральный [math]K_a[/math] является количественной характеристикой, отражающий уровневое построение путем учета различных коэффициентов на каждом уровне иерархии системы управления. Выделяют главный показатель, как доля фактических контролируемых параметров к возможному нормативному[1]. Подобным образом поступают для систем технологической подготовки производства, как отношение задач(подсистем) к общему числу систем[14] ;

При подсчете коэффициентов так же учитываются критерии функциональности и любые технические условия: экспертно сопоставляются с возможным набором значений для программно-технических средств. Для этого определяются критерии, либо документ или стандарт по классам автоматизации и характеристикам для данных средств[15]. Подобную формализацию так же используют для оценок уровня автоматизации бизнес-процессов[13].

Полученные коэффициенты учитывают со свои весом. Для получения такого вектора приоритетов используются различные методы экспертных оценок, расчетов и моделирования.

[править] Автоматизация бизнес-процессов

При подсчете уровня автоматизации бизнес-процессов учитываются следующие показатели[13]:

  • формализация бизнес-процессов;
  • наличие аппаратного и программного обеспечения;
  • наличие и использование средств интеграции программного обеспечения для совместной работы в приложениях различных подразделений предприятия;
  • согласованность программно-аппаратных элементов АИС с экономическими задачами и др.

[править] Автоматизация автономных структур

Международной организацией «Сообщество Автомобильных Инженеров» Society of Automotive Engineers (SAE), стандартизовано шесть уровней автономности (Standard J3016)[11]:

  • Уровень 0: отсутствие автоматизации, работа водителя-человека по всем аспектам задачи динамического вождения
  • Уровень 1: помощь водителю, выполнение конкретного режима вождения для одной из систем управления, замедления/ускорения в окружающей среде
  • Уровень 2: частичная автоматизация, выполнение конкретного режима вождения для одной или несколькими системами управления, замедления/ускорения в окружающей среде
  • Уровень 3: условная автоматизация, выполнение режима по всем аспектам задачи динамического вождения с расчетом на то, что водитель ответит на запрос
  • Уровень 4: высокая автоматизация, выполнение режима по всем аспектам задачи динамического вождения даже, если водитель не ответит на запрос
  • Уровень 5: полная автоматизация, выполнение режима с помощью автоматизированной системы вождения с полным охватом всех аспектов задач динамического вождения, при любых дорожных условиях и условиях окружающей среды, которыми может управлять человек-водитель.

[править] Шкалирование

Применение шкал для определения уровня автоматизации (LOA)

[править] Применение метода анализа иерархий

Метод анализа иерархий (МАИ) используется для получения оценки с множеством критериев влияния на заданную цель. В МАИ предлагается сравнивать элементы попарно по силе их влияния [math] a_{ij} = k_i /k_j [/math] на сформулированную цель, поместить числа, отражающие достигнутое при сравнении согласие во мнениях, в матрицу [math] A [/math] и найти собственный вектор с наибольшим собственным значением [math] \lambda_{_{max}} [/math]. Собственный вектор отражает значения и упорядочение приоритетов, а собственное значение является мерой согласованности суждений[16]. Для АСУ ТП критериями являются уровни автоматизации — коэффициенты на каждом уровне от 0-го до 3-го, а целью является их вклад в интегральный уровень автоматизации предприятия

[править] Уровневая модель весовых коэффициентов

Другое представление рассматривается в «уровневая модель весовых коэффициентов», для которой в силу построения нет рассогласованности экспертных оценок, как наблюдается в методе анализа иерархий. Для получения оценок используются сравнения на каждом уровне с ответом на вопрос: на сколько значим вклад данного уровня в общую степень автоматизации по сравнению с текущими характеристиками автоматизации нижележащих уровней (добавляет информативность, функциональность, оптимизацию)[1].

Такая процедура известна в теории принятия решений, как использование информации об относительной важности критериев[17] . Схематично это отраженно в виде дерева на рисунке.

Уровневая модель весовых коэффициентов для представления степени автоматизации.jpg

Полученный результирующий вектор весов для в виде [math]v=(v^0;v^1;v^2;v^3)[/math] для всех уровней (путем перемножения значений весов в вершинах — направление показано разным цветом штриха для 0-го, 1-го и 2-го уровней) является предметом рассмотрения с таким же вектором весов метода МАИ[1].

[править] Коэффициент автоматизации

  • В зависимости от величины временного уровня механизации средств технологического оснащения (СТО) определяется коэффициент [math] K_{сто} [/math] равный отношению машинного времени ко всему штучному времени (включает основное, вспомогательное и время на обслуживание и отдых) [9].
  • Для иерархических систем автоматизации и процессов может использоваться формула[1][13]:

[math] K_a = \sum\limits_{j=0} ^m v^j K^j_{a,_{\text{фун}}}, \quad [/math]

где [math] v^j [/math] — вес каждого уровня, признака [math] j [/math];

[math] K^j_{a,\text{фун}}= v_{1}'^{j}K^{j}_\text{фун,1}+v_{2}'^{j}K^{j}_\text{фун,2}+ \dots +v_{n}'^{j}K^{j}_\text{фун,n}[/math] — коэффициент автоматизации, характеризующий только данный уровень, признак [math]j[/math] с соответствующими коэффициентами функциональности или параметрами ПТС; [math] v'^j [/math] — вес вклада данного параметра. Сума весов [math]\sum\limits_{k=1} ^n v_{k}'^{j} =1[/math], [math]\sum\limits_{j=0} ^m v^{j} =1[/math].

При определении коэффициента автоматизации для характеристики уровня автоматизации бизнес-процессов на предприятии определяют веса [math] v^j [/math] по каждому признаку автоматизации [math] j [/math] с соответствующими [math]K^j_{a}(f_z)[/math] (безразмерная (нормированная) величина, определяется экспертно, показывающая степень приближения к некоему «идеальному» состоянию АИС, с точки зрения возможностей автоматизации бизнес-процессов на множестве критериев [math] f \in F [/math])[13].

Окончательно для определения интегрального коэффициента автоматизации для нескольких [math] i [/math] — объектов, структур или характеристик автоматизации и т.д. формула может выглядеть, как среднее арифметическое взвешенное по параметру [math]p [/math] (продукту производства, сигналам СУ, уровню ИТ и т.п.) [1][13] :

[math] \textbf{K}_\textbf{a}=\sum\limits_{i=1}^{n} w^i K^i_a [/math]

где [math] w^i= {p^i} / \sum\limits_{i=1}^{n} p^i [/math] — вес по параметру [math]p\in P [/math].

[править] Оптимальный уровень автоматизации

Оптимальный уровень автоматизации (степень уровня автоматизации) производственных систем может быть получен только в том случае, если будут учтены все соответствующие аспекты производственного процесса и будут достигнуты оптимальные уровни с точки зрения стоимости, производительности, качества и гибкости (согласно методологии института Фраунгофера) [18]. Как видно на рисунке 2 [19] , расходы на персонал снижаются пропорционально растущему уровню автоматизации. Вначале экономически оправданные операции автоматизируются в первую очередь, поэтому затраты на автоматизацию растут почти линейно. А общие затраты снижаются. Затем, расходы начинают чрезмерно расти не пропорционально (экспоненциально) из-за возрастающей сложности системы. Следовательно, достижение полной автоматизации приводит к тому, что затраты на автоматизацию возрастают экспоненциально, а расходы на персонал снижаются только линейно и в итоге общая стоимость оказывается более высокой. Для расчета затрат используется подход, при котором учитываются только затраты, которые вносят наибольший вклад.

Отсутствие в обосновании всех издержек при внедрения систем автоматизации, не дает должного представления о прогнозируемых экономических эффектах, а сама по себе автоматизация может оказаться достаточно затратным мероприятием

Затраты на автоматизацию в зависимости от уровня автоматизации.jpeg

Для достижения экономического эффекта при внедрении АСУ, АСУ ТП, роботизации, автоматизации бизнес-процессов требуется оптимизация между всеми затратами и уровнем автоматизации. Оптимальный уровень автоматизации с точки зрения затраты/уровень автоматизации, как правило будет распологаться ниже 100% автоматизации и бывает даже на уровне 50%

[править] Применение

Исследования и оценки могут применяться в помощь для принятия решений[2][13][3]:

  • при наглядном представление и обосновании инвест-проектов: количественные оценки уровня могут давать более полное представление об изменениях и служить дополнительной отчетностью реализации инвест-проектов от фактического состояния к целевому;
  • при анализе и принятии решения по оптимизации затрат — сколько требует каждое предприятия финансовых средств для увеличения уровня автоматизации на 1 %, т.е эффективность вложений.
  • при подтверждение ТЭО проекта по модернизации систем с учетом конкретных цифр, характеризующих степень автоматизации.
  • при переходе на цифровую платформу

[править] Сфера использования

При аналитических и статистических исследованиях, особенно в рамках консалтинга, для составления объективного профиля компании и выбора направления реорганизации/модернизации (вкупе с иными показателями в духе зрелости предприятия)[2][13]. В целом при рассмотрении архитектуры предприятия, что отличает наличие «живых», актуальных показателей.

В бизнесс-проектах при инвестициях в ИТ-инфраструктуру. Планировать инвест-проекты на основе текущих (фактических) показателей [math] K_a [/math] и планируемых.

Для автоматизированных систем диспетчерского управления — АСОДУ, АСУ ТП и др. уровень автоматизации представляется как коэффициент, показатель автоматизации ([math] K_a [/math]) технологических процессов[1]. Для систем управления жизнеобеспечением, ИТ инфраструктуры, телекоммуникационных систем, систем проектирования, автоматизации бизнес-процессов и других, как коэффициент автоматизации или коэффициент функциональности с количественным значением от 0 до 100 % или качественными оценками[10][9][12][14]. Для расчета автономности автоматизированных систем в контексте заданных целей их использования[3].

С помощью данного анализа можно планировать модернизацию систем автоматизированного управления, анализировать степень технического обеспечения производства, делать аудит систем предприятий ЖКХ инженерных систем и т. д. по разным уровням взаимодействия и долей финансовых затрат по ним: начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации. Делать экспертизу сетевой и ИТ инфраструктуры телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, операторов связи, систем ЖКХ и т. д.

[править] См. также

[править] Источники

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Кузьмин Ю. Б. Моделирование степени автоматизации иерархических систем управления на примере АСУ ТП предприятия // Промышленные АСУ и контроллеры, 2017. № 6
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Кораблев И. Г. Оценка уровня автоматизации бизнес-процессов предприятия. // Вестник Череповецкого государственного университета 2016
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Phillip, J. Durst and Wendell Gray / J. Phillip // Levels of Autonomy and Autonomous System Performance Assessment for Intelligent Unmanned Systems. — 2014.
  4. например, в Phillip, J. Durst and Wendell Gray / J. Phillip // Levels of Autonomy and Autonomous System Performance Assessment for Intelligent Unmanned Systems. — 2014. — «Like the ALFUS, the NCAP is still not yet fully realized. The bench tests necessary to measure the autonomous potential have yet to be developed, and the mathematical model for creating a single numeric autonomy score is lacking.»
  5. 5,0 5,1 5,2 Frohm J., Stahre Jo, Winroth M. P. Levels of Automation in Manufacturing // International Journal of Ergonomics and Human Factors, Vol. 30 Issue 3, 2008.
  6. Роботизированные производственные комплексы / Ю. А. Козырев, А. А. Кудинов, В. Э. Булатов и др.; Под ред. Ю. Г. Козырева, А. А. Кудинова. — М.: Машиностроение, 2002. с.12-15. — 272 с.; ил.
  7. From, J. Levels of automation in production systems. Thesis // Chalmers University of Technology SE-412 96 Göteborg, Sweden — 2008
  8. Балдин К. В., Воробьев С. Н., Уткин В. Б Управленческие решения. — 2-е изд.. — Дашков и К°, 2006. — 496 с. — ISBN 5-91131-076-7.
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 ГОСТ 23004-78. Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении. Основные термины, определения и обозначения // Введ. 09.03.1978 — М.: Издательство стандартов, 1978..
  10. 10,0 10,1 ГОСТ 23501.108-85. Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения // Введ. 01.01.1986. — М.: Госстандарт, 1986. — 15 с.
  11. 11,0 11,1 SAE international, Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems // Standard J3016
  12. 12,0 12,1 Сидоренко Ю. Измерения в телекоммуникациях (русский) // СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ : Журнал. — 2007.
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 13,6 13,7 Камшилов С. Г. Определение уровня автоматизации бизнес-процессов на промышленном предприятии. // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 1 (356). Управление. Вып. 10. С. 56-61.
  14. 14,0 14,1 14,2 Куликов Д. Д., Яблочников Е.И, Применение оценочных метрик для анализа технологической подготовки производства. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 2011, № 6.
  15. Кузьмин Ю. Б. Оценка уровня автоматизации предприятия. // Нефтяное хозяйство, № 10 2009 г.
  16. Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.
  17. Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Странах: Учебник. — М.: Логос, 2000. — 296 с : ил. ISBN 5-88439-046-7
  18. Hartmann, M. 1993, Entwicklung eines Kostenmodells für die Montage – Ein Hilfsmittel zur Montageanlagenplanung, Aachen
  19. I.Gorlach, O.Wessel, School of Engineering. Optimal Level of Automation in the Automotive Industry, 2008

[править] Статьи

  • Камшилов С. Г. Определение уровня автоматизации бизнес-процессов на промышленном предприятии. // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 1 (356). Управление. Вып. 10. С. 56-61.
  • Кораблев И. Г. Оценка уровня автоматизации бизнес-процессов предприятия. // Вестник Череповецкого государственного университета 2016.
  • Кузьмин Ю. Б. Оценка уровня автоматизации предприятия. // Нефтяное хозяйство, № 10 2009 г.
  • Кузьмин Ю. Б. Моделирование степени автоматизации иерархических систем управления на примере АСУ ТП предприятия. // Промышленные АСУ и контроллеры, 2017. № 6
  • Куликов Д. Д., Яблочников Е.И, Применение оценочных метрик для анализа технологической подготовки производства. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 2011, № 6.

[править] Литература

  • Азгальдов Г. Г., Костин А. В., Садовов В. В. Квалиметрия для всех: Учеб. пособие. — М.: ИнформЗнание, 2012. — 165 с.
  • Балдин К. В., Воробьев С. Н., Уткин В. Б. Управленческие решения. — 2-е изд.. — Дашков и К°, 2006. — 496 с. — ISBN 5-91131-076-7.
  • Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Странах: Учебник. — М.: Логос, 2000. — 296 с : ил. ISBN 5-88439-046-7
  • Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.
  • From, J. Levels of automation in production systems. Thesis // Chalmers University of Technology SE-412 96 Göteborg, Sweden — 2008.
  • Phillip, J. Durst and Wendell Gray. J. Phillip. Levels of Autonomy and Autonomous System Performance Assessment for Intelligent Unmanned Systems. — 2014.
  • Sheridan, T. B. Human and computer control of undersea teleoperators / T. B. Sheridan, V. Verplank, L. William. — 1978.
  • ГОСТ 23501.108-85. Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения // Введ. 01.01.1986. — М.: Госстандарт, 1986. — 15 с.
  • ГОСТ 23004-78. Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении. Основные термины, определения и обозначения // Введ. 09.03.1978 — М.: Издательство стандартов, 1978..
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты