Расчет экономической эффективности
Автоматизированных систем управления технологическими процессами
С учетом неупорядоченности производства
2. 4. 1 Влияние неупорядоченности производства
на экономическую эффективность АСУ ТП
Результаты, полученные при детерминированном расчете экономической эффективности, справедливы лишь при условии абсолютной упорядоченности производства, т. е. его абсолютной стабильности. Абсолютно стабильных технологических процессов в реальном производстве нет, так как последние подвержены воздействию многих случайных факторов, вызывающих изменение свойств как объектов производства, так и организационных процессов управления им. Нестабильность производства всегда приводит к уменьшению расчетного экономического эффекта, получаемого от внедрения СУ.
В качестве обобщенного критерия эффективности работы СУ, который учитывает нестабильность производства, принимают неупорядоченность системы rn [2, 3]. При этом за основу оценки rn берут отклонение контролируемой переменной от ее оптимального значения. В качестве переменной величины обычно принимают производительность обработки, объем выпущенной продукции, прибыль (годовой доход) предприятия и др.
В теории информации мера неопределенности сопоставляется с термодинамическим понятием энтропии, а количество информации равно уменьшению этой неопределенности.
Из статистической физики известно [4], что для систем, состоящих из большого числа элементов, справедливо соотношение
|
|
|
S = a × 
rn , (19)
где S – энтропия; а – постоянная; rn – неупорядоченность системы.
Энтропия системы, предоставленной самой себе, возрастает, т. е. в естественных условиях система стремится к беспорядку. Противостоять нарастанию беспорядка могут только процессы управления.
Процесс управления – это по существу борьба с неупорядоченностью, а управление – это есть переработка и использование информации с выдачей управляющих воздействий [5 – 7].
Неупорядоченность системы приводит к снижению эффективности ее использования. Поэтому можно считать, что эффективность системы
Э = Эmax (1 – f(rn)), (20)
где Эmax – эффективность идеально работающей системы; 
– некоторая функция, изменение аргумента которой ведет к изменению неупорядоченности и, в конечном итоге, эффективности системы.
Тогда получим
, (21)
где 
– неупорядоченность системы при ее исходном состоянии; I0, I – количество перерабатываемой информации до и после проведения мероприятий по снижению неупорядоченности производства.
|
|
|
Так как в качестве критерия эффективности системы может быть использован любой производственный показатель, примем для наглядности в качестве критерия эффективности Э годовую прибыль предприятия. Считается, что стоимость СУ, реализующей сбор и преобразование управляющей информации, пропорциональна количеству информации [2]. Обозначим через К стоимость СУ. Тогда выражение (21) примет вид
. (22)
Усложнение СУ, связанное с дополнительным капиталовложением dК, дает прирост эффективности системы dЭ.
Срок окупаемости дополнительных капиталовложений
. (23)
Тогда из формулы (22), учитывая, что 
и при 
К = 0, находим новый срок окупаемости затрат
, (24)
где – срок окупаемости дополнительных средств, вкладываемых при исходном состоянии системы (при неупорядоченности 
), рассчитанный детерминированным методом.
|
|
|
Таким образом, из зависимости (24) видно, что срок окупаемости обратно пропорционален неупорядоченности rn.
2. 4. 2 Методика расчета экономической эффективности АСУ ТП
с учетом неупорядоченности производства
Данная методика определяет порядок расчета прибыли и срока окупаемости АСУ ТП при снижении неупорядоченности производства, которое обеспечено модернизацией СУ.
В реальном технологическом процессе, в силу его сложности и многогранности, постоянно происходят отклонения фактических характеристик и параметров от их теоретически рассчитанных значений.
Выберем за контролируемый параметр объем выпускаемой продукции. Вычислим разницу между теоретически рассчитанным и фактически выпущенным объемом продукции [6, 7]
, (25)
где А – объем недовыпущенной относительно плановых расчетов продук-
ции, %.
Тогда неупорядоченность производственной системы, влияющая на объем выпускаемой продукции
. (26)
Уменьшить неупорядоченность производственной системы можно путем модернизации старой или внедрением новой, более совершенной СУ.
|
|
|
По несколько измененной зависимости (5) находим дополнительные годовые затраты на модернизацию системы [7]
,
где 
– дополнительные затраты на проектные работы:
, руб; (27)
– дополнительные капиталовложения (затраты на оборудование):
, руб, (28)
где А1, А2 – соответственно доля стоимости проектных работ и новых или измененных узлов оборудования при модернизации СУ, %.
По несколько измененной зависимости (6) находим дополнительные эксплуатационные затраты:
.
Учитывая, что эффективность системы зависит от количества обрабатываемой в ней информации, которая пропорциональна величине капиталовложений, определим фактически получаемую прибыль с учетом неупорядоченности производственной системы (22):
,
где Р¢max – прибыль (эффективность), рассчитанная детерминированным методом, руб.
Для определения прибыли рассчитаем неупорядоченность производства с учетом модернизации СУ:
, (29)
где К, К0 – соответственно дополнительные затраты на модернизацию и затраты на создание и эксплуатацию старой СУ, руб.
Срок окупаемости модернизированной системы
, (30)
где – срок окупаемости затрат, т. е. время, к моменту которого сумма К + К0 станет равной полученной прибыли.
Срок окупаемости затрат на систему с учетом дополнительных затрат
. (31)
С учетом неупорядоченности производства окончательно срок окупаемости затрат на создание и эксплуатацию системы определяем по зависимости (30).
2. 4. 3 Пример расчета экономической эффективности АСУ ТП
с учетом неупорядоченности производства
Требуется определить прибыль от модернизации и срок окупаемости затрат на систему управления в случае ее модернизации и с учетом неупорядоченности производства.
В результате внедрения СУ по условиям п. 3. 3. 3 фактический объем выпуска продукции оказался на 10 % меньше рассчитанного детерминированным методом (А = 10 %). Это происходит вследствие периодического контроля качества изделий с прекращением работы основного технологического оборудования, незапланированных остановок оборудования и т. п. Таким образом, потери объема производства определим по зависимости (25):
шт.,
а неупорядоченность производственной системы (26)
Модернизация системы путем организации обратной связи позволит осуществлять контроль качества изделий и корректировку технологического процесса во время его функционирования, т. е. можно вести речь о синхронном управлении в реальном времени.
Пусть плановый объем выпускаемой продукции, заработная плата и численность обслуживающего систему персонала остались прежними (в соответствии с п. 3. 3. 3). Проектные работы по модернизации системы увеличились на 25 %, стоимость нового оборудования составила 30 % от стоимости оборудования старой СУ, а годовые затраты на коммунальные услуги увеличились на 0,5 тыс. руб.
По зависимости (27) дополнительные затраты на проектные работы
= 20 тыс. руб.,
а по зависимости (28) дополнительные затраты на оборудование
= 48 тыс. руб.
По зависимости (7) находим
= 48 (0,02 + 0,06) = 3,84 тыс. руб.
Учитывая, что 
= 0,5 тыс. руб., 
не изменились, по зависимости (6) 
= 3,84 + + 0,5 = 4,34 тыс. руб.
Таким образом, по зависимости (5) годовые затраты на модернизацию системы Ссд = (20+48)/7 + 4,34 = 14,1 тыс. руб.
Учитывая, что данное увеличение капитальных вложений в весьма малой степени влияет на себестоимость изделий ( 
» 0,04 × 10-2 руб.), максимально возможную полученную прибыль берем из примера (п. 3. 3. 3) и прибыль с учетом неупорядоченности производства рассчитываем по зависимости (22):
тыс. руб.
Неупорядоченность производства с учетом модернизации СУ (29)
=0,083.
Срок окупаемости затрат на систему с учетом дополнительных затрат (31)
= (100+208)/(169,5 – 46,54) = 2,5 года;
с учетом неупорядоченности производства окончательно получаем (30):
= 3,01 года.
Таким образом, учет неупорядоченности любой системы ведет к уменьшению рассчитанного детерминированным методом значения ее эффективности и увеличению срока окупаемости затрат на ее создание и эксплуатацию.
ЗАДАНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Задание №1. В рамках решения терминальной задачи управления рассчитать надежность элементов и подсистем систем управления:
– робототехническим комплексом (рис. 2, а);
– устройством загрузки-выгрузки заготовок (рис. 2, б);
– гибким производственным модулем (рис. 2, в);
– автоматизированной транспортно-складской системой (рис. 2, г).
Вычертить блок-схему и проанализировать структуру выбранной подсистемы системы управления. Определить вероятность безотказной работы элементов и рассчитать функциональную надежность; составить таблицу возможных состояний и рассчитать эффективную надежность подсистемы, используя методику расчета, представленную в п. 2. 2. 4 настоящих методических указаний.
Коэффициенты готовности вспомогательных устройств: КВ = 0,8;
КС = 0,85; КD = 0,9; КЕ = 0,95. Интенсивность отказов основного устройства
λА = 0,05 × 10-6 ч. Время работы системы t = 1000 ч. Возможные состояния подсистемы представлены в табл. 9; интенсивность отказов вспомогательных устройств – в табл. 10. Блок-схему и другие исходные данные, согласно номеру варианта, выбрать по табл. 11.
Задание № 2.Определить детерминированным методом прибыль от внедрения АСУ ТП и срок окупаемости затрат на ее создание на машиностроительном предприятии, используя методику детерминированного расчета экономической эффективности, представленную в п. 2. 3. 2 настоящих методических указаний.
Значения Т, Вв, Вn, В¢n для второго задания выбирают из табл. 12, остальные исходные данные – из примера детерминированного расчета экономической эффективности внедрения АСУ ТП (п. 2. 3. 3).
.
Задание № 3. Определить прибыль от модернизации и срок окупаемости затрат на систему управления в случае ее модернизации с учетом неупорядоченности производства, используя методику расчета экономической эффективности, представленную в п. 2. 4. 2 настоящих методических указаний.
Значения А, А1, А 2 для третьего задания выбирают из табл. 13. Остальные исходные данные – из примера расчета экономической эффективности АСУ ТП с учетом неупорядоченности производства (п. 2. 4. 3).
Состав и последовательность выполнения работы оформлять в строгом соответствии с заданием на контрольную работу (Приложение Б).
Схема а Схема б
Рис. 2. Варианты блок-схем подсистем
Схема в Схема г
Рис. 3. Варианты блок-схем подсистем
Таблица 9
Возможные состояния системы
| № | Состояние | № | Состояние | № | Состояние | № | Состояние |
| 1 | 
| 9 | 
| 17 | 
| 25 | 
|
| 2 | 
| 10 | 
| 18 | 
| 26 | 
|
| 3 | 
| 11 | 
| 19 | 
| 27 | 
|
| 4 | 
| 12 | 
| 20 | 
| 28 | 
|
| 5 | 
| 13 | 
| 21 | 
| 29 | 
|
| 6 | 
| 14 | 
| 22 | 
| 30 | 
|
| 7 | 
| 15 | 
| 23 | 
| 31 | 
|
| 8 | 
| 16 | 
| 24 | 
| 32 | 
|
Таблица 10
Интенсивность отказов вспомогательных устройств
| Наименование устройства | Интенсивность отказов λ ´ 10-6,ч | ||
| Максимальная | Средняя | Минимальная | |
| Датчики: - давления - температуры | 6,60 6,40 | 3,50 3,30 | 1,70 1,50 |
| Патрон электромагнитный | 3,73 | 2,60 | 1,47 |
| Насосы: - с электроприводом - с гидроприводом | 27,4 45,0 | 13,5 14,0 | 2,90 6,40 |
| Накопитель палет | 31,5 | 12,5 | 3,33 |
| Пневмоклапан | 0,12 | 0,075 | 0,048 |
| Регуляторы: - расхода жидкости - давления | 5,54 5,26 | 2,14 2,03 | 0,70 0,65 |
| Гидрораспределитель | 0,031 | 0,020 | 0,011 |
| Гидромотор | 0,091 | 0,040 | 0,020 |
| Реле электромагнитное | 0,50 | 0,11 | 0,03 |
| Термореле | 1,0 | 0,40 | 0,12 |
| Муфта электромагнитная | 0,93 | 0,60 | 0,45 |
| Электродвигатель | 0,58 | 0,30 | 0,11 |
| Переключатель плунжерный | 0,112 | 0,054 | 0,041 |
Таблица 11
Исходные данные к заданию №1 контрольной работы
| № варианта | Схема (рис. 2, 3) | Интенсивность отказов вспомогательных устройств | |||
| Вспомогательные устройства | |||||
| В | С | D | Е | ||
| 1 | Схема а | min | med | max | min |
| 2 | max | med | |||
| 3 | max | max | |||
| 4 | min | min | |||
| 5 | Схема б | med | max | min | med |
| 6 | min | max | |||
| 7 | med | min | |||
| 8 | med | med | |||
| 9 | Схема в | max | min | med | max |
| 10 | max | min | |||
| 11 | max | med | |||
| 12 | max | max | |||
| 13 | Схема г | min | med | min | min |
| 14 | min | med | |||
| 15 | min | max | |||
| 16 | med | min | |||
| 17 | Схема а | min | med | max | med |
| 18 | max | max | |||
| 19 | max | min | |||
| 20 | min | med | |||
| 21 | Схема б | med | max | min | max |
| 22 | min | min | |||
| 23 | med | med | |||
| 24 | med | max | |||
| 25 | Схема в | max | min | med | min |
| 26 | max | med | |||
| 27 | max | max | |||
| 28 | max | min | |||
| 29 | Схема г | min | med | min | med |
| 30 | min | max | |||
| 31 | min | min | |||
| 32 | med | med | |||
Таблица 12
Исходные данные к заданию № 2 контрольной работы
| № варианта | Длительность эксплуатации системы Т, лет | Объем выпущенной продукции за год до внедрения СУ Вв, шт. | Планируемый прирост объема выпускаемой продукции без СУ Вn, шт. | Прирост объема выпускаемой продукции при внедрении СУ В¢n, шт. |
| 1 2 3 4 | 5 5 5 5 | 1 × 107 1 × 107 1 × 107 1 × 107 | 4 × 105 4 × 105 4 × 105 5 × 105 | 1 × 106 2 × 106 3 × 106 1 × 106 |
| 5 6 7 8 | 5 6 6 6 | 1 × 107 2 × 107 2 × 107 2 × 107 | 5 × 105 5 × 105 6 × 105 6 × 105 | 2 × 106 3 × 106 1 × 106 2 × 106 |
| 9 10 11 12 | 6 6 7 7 | 2 × 107 2 × 107 3 × 107 3 × 107 | 6 × 105 4 × 105 4 × 105 4 × 105 | 3 × 106 1 × 106 2 × 106 3 × 106 |
| 13 14 | 7 7 | 3 × 107 3 × 107 | 5 × 105 5 × 105 | 1 × 106 2 × 106 |
| 15 16 17 18 | 7 7 7 7 | 2 × 107 2 × 107 2 × 107 2 × 107 | 5 × 105 5 × 105 5 × 105 6 × 105 | 3 × 106 1 × 106 2 × 106 3 × 106 |
| 19 20 21 22 | 7 5 5 5 | 2 × 107 3 × 107 3 × 107 3 × 107 | 6 × 105 6 × 105 4 × 105 4 × 105 | 1 × 106 2 × 106 3 × 106 1 × 106 |
| 23 24 25 26 | 5 5 6 6 | 3 × 107 3 × 107 1 × 107 1 × 107 | 4 × 105 5 × 105 5 × 105 5 × 105 | 2 × 106 3 × 106 1 × 106 2 × 106 |
Таблица 13
Исходные данные к заданию № 3 контрольной работы
| № варианта | Объем, недовыпущенной относительно плановых расчетов, продукции А, % | Доля стоимости проектных работ при модернизации системы А1, % | Доля стоимости дополнительных затрат на оборудование при модернизации системы А2, % |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 15 15 15 15 15 | 25 25 25 30 30 30 35 35 35 25 25 25 30 30 30 | 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 |
| 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 | 15 15 15 15 15 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 | 30 30 30 35 35 35 25 25 25 30 30 30 35 35 35 | 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 40 30 35 |
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Титульный лист пояснительной записки
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный технический университет
Кафедра «Технология машиностроения»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ И ПРОЦЕССАМИ»
Студент _______________ ___________ ________________________
группа подпись Ф. И. О.
Преподаватель _______________ _______________________________
подпись Ф. И. О.
Ульяновск, 2008
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Бланк задания на контрольную работу
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 502; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!