Автоматизация значение слова. Автоматизация технологических процессов

Уровень жизни современного человека в значительной степени определяется развитием производительных сил. Производительные силы – это средства производства (техника, ресурсы, энергия) и люди, которые используют эти средства для производства продукции.

Довольно безбедное существование (в материальном плане) современному человеку обеспечила научно-техническая революция , которая началась в середине прошлого столетия и привела к коренному изменению технических средств производства на основе механизации и автоматизации .

Механизация производства – это замена ручных орудий труда (инструментов) машинами и механизмами. Механизация сделала человека сильным и ловким. Она освободила человека от тяжелого и монотонного труда, значительно повысила его производительность. «Сердцем» большинства механизмов является двигатель – вначале это была паровая машина, позднее электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания.

Однако ни один механизм или даже комплекс не сможет изготовить, например, электронную микросхему для компьютера или мобильного телефона либо сложную деталь для самолета с использованием только ручного управления. Человек не обладает достаточными для этого точностью и скоростью. И глаз человека (как измерительный прибор), и рука (как исполнительный орган) несовершенны. Поэтому следующим этапом развития производственных мощностей, не менее важным, чем механизация, стала автоматизация производства.

Автоматизация производства – это широкое использование в производственных процессах автоматического и автоматизированного оборудования, в котором функции управления и контроля переданы управляющим и автоматическим устройствам (автоматам ).

Слово «автомат» в переводе с греческого означает «самодействующий». В Древней Греции так назывались механизмы и устройства, способные самостоятельно, без видимого участия человека выполнять некоторые простые действия. Первые автоматы использовались жрецами для демонстрации «чудес», якобы создававшейся божественной силой, рис. 1 .

Рис. 1. Древний механизм автоматического открывания дверей храма при разведении жертвенного огня
(При зажигании огня на алтаре под действием тепла воздух в сфере расширяется и вытесняет воду в подвешенную бочку. Вес бочки превышает вес противовеса и цепной привод открывает двери)

В дальнейшем автоматы-игрушки появились в домах знати и использовались для развлечения (рис. 2 , видео). В средние века мастера-умельцы неоднократно создавали механических птиц, зверей, фантастических животных, способных махать крыльями, двигаться и рычать. Создавались также подвижные фигурки мифологических созданий и людей.

Рис. 2. Автомат механический «Фокусник» Франция, Ж.Ф.Уден, 1840-1860 г. г.
(Комбинация из двух механических автоматов в едином конструктивном исполнении: часы кинематически связаны с фигуркой восточного волшебника (фокусника), который манипулирует стаканчиками и цветными шариками. Кулачковая система управления, две циклические программы, пружинный привод)

Сейчас автоматы нашли широкое применение в промышленности, на транспорте и в быту. Какую бы функцию не выполнял автомат, его робота определяется программой – определенной последовательностью действий, предварительно заданной человеком. Это – программный автомат . Программа работы автомата может быть заложена в его конструкции, например, в виде кулачкового механизма , в котором кулачок сложной криволинейной формы при вращении сдвигает толкатель или коромысло. Толкатель (коромысло) «копирует» своим движением форму кулачка (рис. 3 , анимация).

Рис. 3. Кулачковый механизм – основа механического программного автомата
(При вращении кулачок, имеющий форму эксцентрика, с помощью толкателя или коромысла действует на объект управления)

В более общем случае автомат реализует сложный закон управления , который может быть задан программой, математической формулой, таблицей или иным способом. При этом автомат может выполнять функцию стабилизации (поддержания технологического параметра на постоянном уровне и компенсация вредных внешних воздействий) или слежения (изменение управляемого технологического параметра в соответствии с каким-либо другим изменяющимся параметром).

Из наиболее известных автоматических систем можно упомянуть:

программные системы : игровой автомат, робот-манипулятор; станок с числовым программным управлением, стиральная машина-автомат;

системы стабилизации : стабилизатор напряжения питания; инкубатор для искусственного выведения птенцов из яиц (стабилизация температуры); система поддержания уровня воды у водонапорной башне; круиз-контроль для стабилизации скорости автомобиля, автопилот самолета, кондиционер;

системы слежения : привод солнечной батареи, поворачивающий панель на солнце; привод радара, отслеживающего движение самолета или иной цели.

Основною особенностью системы автоматического регулирования есть тот факт, что она выявляет разницу между желаемым уровнем технологического параметра и реальным его значением. Например, центробежный регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания (регулятор Ватта) измеряет реальную частоту вращения вала та изменяет подачу топлива при отклонении реальной частоты от желаемой (рис. 4 ).

Рис. 4. Автоматический регулятор частоты вращения двигателя
(При увеличении частоты вращения вращающиеся грузы расходятся и опускают заслонку, уменьшая подачу топлива. И наоборот, при уменьшении скорости грузы сходятся и поднимают заслонку, поддерживая при этом частоту вращения на практически постоянном уровне)

Для обеспечения возможности автоматического регулирования необходимо реализовать так называемую обратную связь : подавать выходную величину системы на ее вход. Например, в системе регулирования уровня жидкости в емкости поплавок, который контролирует выходную величину (а именно уровень зеркала жидкости) с помощью коромысла действует на задвижку, которая, в свою очередь влияет на входную величину (подачу жидкости в емкость), рис. 5 . Аналогично, в системе регулирования скорости двигателя измеритель скорости (выходной величины) с помощью дроссельной заслонки воздействует на расход топлива (входную величину).

Рис. 5. Обратная связь в автоматическом регуляторе уровня жидкости в емкости
(При изменении уровня жидкости поплавок изменяет положение входной заслонки, регулируя подачу жидкости в емкость)

Если проанализировать приведенные выше примеры автоматов, то можно выявить общие черты, характерные для большинства автоматических систем. Эти общие черты можно проиллюстрировать с помощью функциональной схемы . В структуре типичной автоматической системы можно отметить (рис. 6 ):

объект управления : непосредственно машина или процесс, управление которым и является целью автоматизации;

управляющее устройство (регулятор) : техническое средство (чаще всего микропроцессорное устройство), которое воздействует на объект управления в соответствии с заложенным законом управления;

исполнительный орган : промежуточное звено между управляющим устройством и объектом управления (предназначен для выполнения команд управляющего устройства);

задатчик : манипулятор (клавиатура, джойстик и т.п.) с помощью которого оператор имеет возможность задать управляющему устройству желаемые значения управляемой величины;

датчик : устройство, измеряющее реальное значение управляемой величины и подающее их в виде сигналов, пригодных для дальнейшей обработки и передачи в управляющее устройство.

На рис. 6 показаны два варианта систем автоматического управления:

а) разомкнутая (без обратной связи), неспособная реагировать на изменения действующего значения управляемой величины;

б) замкнутая (с обратной связью), в которой есть возможность сравнивать желаемое и действительное значения управляемой величины и корректировать поведение системы.

Рис. 6. Функциональные схемы автоматических систем
(а – разомкнутая система; б – замкнутая система)

В приведенной выше системе автоматического регулирования частоты вращения двигателя (рис. 4 ) объектом управления является двигатель, а управляемой величиной – частота вращения вала двигателя. Управляющим органом является заслонка: изменение ее положения непосредственно влияет на расход топлива и частоту вращения. Пара двух зубчатых колес, передающая вращательное движение с выходного вала двигателя на вал центробежного регулятора, в нашем случае является датчиком. Центробежный регулятор выполняет функции управляющего устройства. И, наконец, задатчиком является педаль или рычаг акселератора (на рисунке не показана), которая с помощью еще одной заслонки влияет на подачу топлива в двигатель.

Основу современного промышленного производства составляют разнообразные машины и механизмы: станки, прессы, мельницы, насосы, конвейеры, краны, роботы-манипуляторы и пр. Для управления этими сложными объектами (а также для управления комплексами машин) используются программируемые логические контроллеры (сокращенно – ПЛК).

Программируемый логический контроллер – это специальное устройство, реализованное на базе микропроцессора и предназначенное для автоматизации машин и механизмов. Фактически ПЛК – это мини-компьютер в специальном конструктивном исполнении, который может применяться в неблагоприятных условиях внешней среды (рис. 7 ). Для создания программ для ПЛК используются специальные «инженерные» языки программирования, понятные специалистам различного профиля: электрикам, механикам, технологам, операторам. Ко входам ПЛК присоединяют задатчики (кнопки, клавиатуры, джойстики) и датчики, а к выходам – исполнительные органы машин і механизмов (электроприводы, электроклапаны, контакторы, дроссельные заслонки и пр.), рис. 8 .

Рис. 7. Технические средства автоматизации
(а – программируемые логические контроллеры; б – панели визуализации)

Рис. 8. Система автоматизации насосной станции с помощью ПЛК Zelio Logic
(Оператор управляет работой станции с помощью кнопочного пульта или мобильного телефона через SMS-сообщения.
Для обеспечения мобильной связи с контроллером используется GSM модем)

Для упрощения «общения» человека-оператора со сложными контроллерами используют панели визуализации – специализированные touch-screen экраны, с помощью которых можно вводить данные в контроллер и считывать из него необходимую информацию. Также в некоторых случаях для дистанционного управления оборудованием можно применять мобильные телефоны или смартфоны.

Современный этап развития автоматизации характеризуется: во-первых – расширением сферы применения автоматов (автоматика проникает во все сферы жизни человека: медицину, быт, массовую культуру, финансы, природопользование), а во-вторых – внедрением принципиально новых средств автоматики, реализующих интеллектуальные методы управления (экспертных систем, нейронных сетей, генетических алгоритмов, систем нечеткой логики и т.п.).

В лабораториях автоматики кафедры электропривода Национального горного университета студенты имеют возможность изучить самые современные средства автоматизации (программированные логические контроллеры, интеллектуальные реле, панели визуализации, датчики), приобрести навыки их программирования и использования.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Автоматизация производственных процессов есть совокупность мероприятий по разработке технологических процессов, созданию и внедрению высокопроизводительных автоматически действующих средств производства, обеспечивающих непрерывный рост производительности труда.

Единичная механизация (автоматизация)- это механизация (автоматизация) одной первично составляющей технического процесса или системы технологических процессов исключая (включая) управление. Единичная автоматизация заключается в том, что наряду с обычным оборудованием в цехах используются автоматы и п/автоматы.

Комплексная механизация (автоматизация)- это механизация (автоматизация) двух и более первичных составляющих технологического процесса или системы технологических процессов исключая (включая) управление.

Полная (комплексная) автоматизация отдельных технологических процессов - когда система непрерывно работающих, автоматических машин функционирует как взаимосвязанный единый комплекс.

АСУ ТП – человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологического объекта управления (ТОУ) в соответствии с принятым критерием.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) - комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и действий квалифицированного персонала, предназначенный для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия.

Объект управления - та часть окружающего мира, состояние которой представляет интерес для субъекта в данной ситуации и на которую он может воздействовать целенаправленно. При выделении объекта управления должны выполняться по крайней мере 2 условия:

1) на объект можно воздействовать;

2) это воздействие в принципе может приблизить нас к осуществлению поставленных целей в объекте, т.е. изменить его состояние в желательном для нас направлении.

Система управления - при объединении объекта управления и управляющего устройства, реализующего алгоритм управления, получаем систему управления.

Цель управления - совокупность условий, свойств и требований, которым должен удовлетворять объект управления.

Алгоритм управления - совокупность правил, методов и способов, позволяющих образовать (синтезировать) целенаправленное воздействие (управление), если известно действительное состояние объекта управления. Наличие алгоритма управления является необходимым условием существования всякой системы управления.

Системотехника - Данная наука представляет собой направление в кибернетике, изучающее вопросы планирования, проектирования и поведения сложных информационных систем.

Техни́ческая киберне́тика - отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований - разработка и созданиеавтоматическихиавтоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и храненияинформации.

Сущность системного подхода

Системный подход отличается от традиционного предположением, что целое обладает такими качествами (свойствами), каких нет у его частей.

При этом части системы могут, в свою очередь, представлять системы, тогда их называют подсистемами. Подсистема обладает свойством функциональной полноты, т.е. ей присущи все свойства системы.

Системный подход к проектированию АСУ ТП заключается в разбиении всей системы на подсистемы (декомпозиция системы) и учете при ее разработке не только свойств конкретных подсистем, но и связей между ними.

Сложная система - собирательное название систем, состоящих из большого числа взаимоувязанных элементов. Часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математически либо потому, что в системе имеется очень большое число различных элементов, неизвестным образом связанных друг с другом (например, мозг), либо потому, что мы не знаем природы явлений, протекающих в системе и поэтому количественно не можем их описать.

Иногда сложными называют системы, для изучения которых необходимо решать задачи с непомерно большим объемом вычислений или перерабатывать такой большой объем информации, что для этого даже при использовании самых быстрых ЭВМ потребовалось бы много миллионов лет.

Большая система - это совокупность множества взаимосвязанных элементов (подсистем), отличающаяся сложностью решаемых задач. Примеры: транспортные, энергетические, информационные системы, которые можно называть - инфраструктурами.

Открытая система - система, допускающая свое развитие, расширение на аппаратном и информационном уровнях.

Открытая система - система, к которой подводится или от которой отводится вещество или энергия.

Замкнутая система - система, к которой не подводится или от которой не отводится вещество или энергия.

Иерархическая система - система, имеющая многоуровневую структуру в функциональном, организационном и в каком-либо ином отношении.

Страты

При описании сложной системы требуется найти компромисс между простотой описания и необходимостью учета поведенческих особенностей сложной системы. Разрешение этой дилеммы ищется в иерархическом подходе. Система задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения различных уровней абстрагирования.

Для каждого уровня существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и принципов, с помощью которых и описывается поведение системы. Чтобы такое описание было эффективным, необходима возможно большая независимость моделей для различных уровней системы.

Чтобы отличить эту концепцию иерархии от других, будем использовать для нее термин "стратифицированная система". Уровни абстрагирования будем называть "стратами".

Слои

Это понятие иерархии относится к процессам принятия сложных решений. В любой реальной ситуации принятия решения существуют две особенности:

1) когда приходит время принимать решение, принятие и выполнение решения желательно ускорить;

2) прежде чем принять решение, следует хорошо оценить создавшуюся ситуацию.

При принятии решения в сложных ситуациях разрешение этой дилеммы ищут в иерархическом подходе : определяют семейство проблем, которые пытаются разрешить последовательным путем в том смысле, что решение любой проблемы из этой последовательности определяет и фиксирует, какие-то параметры в следующей проблеме, так что последняя становится полностью определенной, и можно приступить к ее решению.

Многоэшелонные системы: организационные иерархии

Это понятие иерархии подразумевает, что: 1) система состоит из семейства четко выделенных взаимодействующих подсистем; 2) некоторые из подсистем являются принимающими решения элементами; 3) принимающие решения элементы располагаются иерархически , т.е. некоторые из них находятся под влиянием или управляются другими решающими элементами.

Уровень в такой системе -эшелон .

Системный анализ

Это научное направление является методологией исследования трудно наблюдаемых и трудно понимаемых свойств и отношений в объектах, заключающейся в представлении этих объектов в качестве целенаправленных систем и изучения свойств этих систем и взаимоотношений между целями и средствами их реализации.

Исследование в системном анализе разбивается на несколько этапов.

На первом этапе дается постановка задачи, которая состоит из определения объекта исследования, постановки целей, а также задания критериев для улучшения объекта и управления им.

На втором этапе очерчиваются границы изучаемой системы и ведется ее первичная структуризация.

Третий этап заключается в составлении математической модели изучаемой системы. Первым шагом в этом направлении является параметризация, т. е. описание выделенных элементов системы и элементарных воздействий на нее с помощью тех или иных параметров

Научные направления исследования и проектирования систем

Это научное направление связано с разработкой совокупности философских, методологических, научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы. Считается, что общая теория систем должна представлять собой область научных знаний, позволяющую изучать поведение" систем любой сложности и любого назначения.

В настоящее время общая теория систем еще далека от завершения. Однако ее полезность подтверждается практическими применениями, в частности, на ее основе развивается теория многоуровневых иерархических систем, к которым относится большинство АСУ ТП.

Системный подход реализуется в основном на следующих фундаментальных науках:

Системотехника;

Исследование операций;

Системный анализ.

Нау́ка - сфера человеческой деятельности, направленная на выработку и теоретическую систематизацию объективных знаний о действительности. Основой этой деятельности является сбор фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и, на этой базе, синтез новых знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи и, как следствие, прогнозировать. Те теории и гипотезы, которые подтверждаются фактами или опытами, формулируются в виде законов природы или общества

Методы эмпирического исследования

К эмпирическим методам исследования относят все те методы, приемы, способы познавательной деятельности, а также формулирования и закрепления знаний, которые являются содержанием практики или непосредственным результатом её.

⁻ наблюдение - способ сбора информации, осуществляемого на основе регистрации и фиксации первичных данных;

⁻ изучение первичной документации – основан на исследовании документированной информации, непосредственно зафиксированной ранее;

⁻ сравнение – позволяет проводить сравнения исследуемого объекта с аналогом;

⁻ измерение – способ определения фактических численных значений показателей свойств исследуемого объекта посредством соответствующих измерительных единиц, например, ваттами, амперами, рублями, нормо-часами и т.п.;

⁻ эксперимент - основан на исследовании изучаемого объекта в искусственно созданных для него условиях

Теоретическое познание

заключается в отражении явлений и происходящих процессов внутренних связей и закономерностей, которые достигаются методами обработки данных, полученных от эмпирических знаний.

теория -система непротиворечивых, логически взаимосвязанных утверждений, обладающая предсказательной силой в отношении какого-либо явления.

гипотеза - недоказанное утверждение, предположение или догадка. Недоказанная и неопровергнутая гипотеза называется открытой проблемой.

закон - вербальное и/или математически сформулированное утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными научными понятиями, предложенное в качестве объяснения фактов и признанное на данном этапе научным сообществом

идеализация – создание мысленных предметов и их изменений в соответствии с требуемыми целями проводимого исследования

формализация – отражение полученных результатов мышления в утверждениях или точных понятиях

рефлексия – научная деятельность, направленная на исследование конкретных явлений и самого процесса познания

индукция – способ переход знаний от отдельных элементов процесса к знанию общего процесса

дедукция – стремление познания от абстрактного к конкретному, т.е. переход от общих закономерностей к фактическому их проявлению

абстрагирование - отвлечение в процессе познания от некоторых свойств объекта с целью углубленного исследования одной определенной его стороны (результат абстрагирования - абстрактные понятия, такие, как цвет, кривизна, красота и т.д.)

классификация - объединение различных объектов в группы на основе общих признаков (классификация животных, растений и т.д.)

Методами, которые используются на обоих уровнях, являются:

- анализ – разложение единой системы на составные части и изучение их по отдельности;

- синтез – объединение в единую систему всех полученных результатов проведенного анализа, позволяющее расширить знание, сконструировать нечто новое;

- аналогия - это заключение о сходстве двух предметов в каком-либо признаке на основании установленного их сходства в других признаках;

- моделирование - это изучение объекта посредством моделей с переносом полученных знаний на оригинал. Предметное моделирование - создание моделей уменьшенных копий с определённым дублирующими оригинальными свойствами. Мысленное моделирование - с использованием мысленных образов. Математическое моделирование – замена реальной системы на абстрактную, в результате чего задача превращается в математическую, поскольку состоит из набора конкретных математических объектов Знаковое или символическое - представляет собой использование формул, чертежей. Компьютерное моделирование - моделью является компьютерная программа.

В основе методов познания лежит единство его эмпирической и теоретической сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв, или преимущественное развитие одной за счет другой, закрывает путь к правильному познанию природы - теория становится беспредметной, а опыт – слепым.

Моделирование - это создание модели, т. е. образа объекта, заменяющего его, для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью.

Модели объектов являются более простыми системами, с четкой; структурой, точно определенными взаимосвязями между составными частями, позволяющими более детально проанализировать свойства реальных объектов и их поведение в различных ситуациях. Таким образом, моделирование представляет собой инструмент анализа сложных систем и объектов.

Теория и практика многофакторного планирования экспериментов при создании моделей объектов управления.

Среди основных методов планирования, применяемых на разных этапах исследования, используют:

планирование отсеивающего эксперимента, основное значение которого выделение из всей совокупности факторов группы существенных факторов, подлежащих дальнейшему детальному изучению;

планирование эксперимента для дисперсионного анализа, т.е. составление планов для объектов с качественными факторами;

планирование регрессионного эксперимента, позволяющего получать регрессионные модели (полиномиальные и иные);

планирование экстремального эксперимента, в котором главная задача – экспериментальная оптимизация объекта исследования;

планирование при изучении динамических процессов и т.д.

Планирование эксперимента – это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. При этом существенно следующее:

Стремление к минимизации общего числа опытов; одновременное варьирование всеми переменными, определяющими процесс, по специальным правилам – алгоритмам;

использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора;

выбор четкой стратегии, позволяющей принимать обоснованные решения после каждой серии экспериментов.

Для описания объекта исследования удобно пользоваться представлением о кибернетической системе. Иногда такую кибернетическую систему называют «черным ящиком». Стрелки справа изображают численные характеристики целей исследования. Мы обозначаем их буквой игрек и называем параметрами оптимизации. В литературе можно встретить другие названии: критерий оптимизации, целевая функция, выход «черного ящика» и т.д.

Для проведения эксперимента необходимо иметь возможность воздействовать на поведение «черного ящика». Все способы такого воздействия мы обозначаем буквой икс и называем факторами. Их называют также входами «черного ящика».

При решении задачи будем использовать математические модели объекта исследования. Под математической моделью мы понимаем уравнение, связывающее параметр оптимизации с факторами. Это уравнение в общем виде можно записать так:

Такая функция называется функцией отклика.

Каждый фактор может принимать в опыте одно из нескольких значений. Такие значения будем называть уровнями.

Отклик - переменная, представляющая результат эксперимента

Фактором называется измеряемая переменная величина, принимающая в некоторый момент времени определенное значение. Факторы соответствуют способам воздействия на объект исследования.

Параметр оптимизации

При планировании экстремального эксперимента очень важно определить параметр, который нужно оптимизировать. Сделать это совсем не так просто, как кажется на первый взгляд. Цель исследования должна быть сформулирована очень четко и допускать количественную оценку. Будем называть характеристику цели, заданную количественно, параметром оптимизации. Параметр оптимизации является реакцией (откликом) па воздействие факторов, которые определяют поведение выбранной системы. Реакция объекта многогранна, многоаспектна. Выбор того аспекта, который представляет наибольший интерес, как раз и задается целью исследования.

Ранг – это количественная оценка параметра оптимизации, но она носит условный (субъективный) характер. Мы ставим в соответствие качественному признаку некоторое число – ранг.

Выбор модели

Под моделью мы понимаем функцию отклика

Выбрать модель – значит выбрать вид этой функции, записать ее уравнение. Тогда останется спланировать и провести эксперимент для оценки численных значений констант (коэффициентов) этого уравнения.

Выбор области эксперимента

При выборе области эксперимента должны учитываться следующие соображения.

Прежде всего, надо оценить границы областей определения факторов. При этом должны учитываться ограничения нескольких типов.

Первый тип: принципиальные ограничения для значений факторов, которые не могут быть нарушены ни при каких обстоятельствах. Например, если фактор – температура, то нижним пределом будет абсолютный нуль.

Второй тип – ограничения, связанные с технико-экономическими соображениями, например, со стоимостью сырья, дефицитностью отдельных компонентов, временем ведения процесса.

Третий тип ограничений, с которым чаще всего приходится иметь дело, определяется конкретными условиями проведения процесса, например, существующей аппаратурой, технологией, организацией. В реакторе, изготовленном из некоторого материала, температуру нельзя поднять выше температуры плавления этого материала или выше рабочей температуры данного катализатора.

Оптимизация обычно начинается в условиях, когда объект уже подвергался некоторым исследованиям. Информацию, содержащуюся в результатах предыдущих исследований, будем называть априорной (т.е. полученной до начала эксперимента). Мы можем использовать априорную информацию для получения представления о параметре оптимизации, о факторах, о наилучших условиях ведения процесса и характере поверхности отклика, т.е. о том, как сильно меняется параметр оптимизации при небольших изменениях значений факторов, а также о кривизне поверхности. Для этого можно использовать графики (или таблицы) однофакторных экспериментов, осуществлявшихся в предыдущих исследованиях или описанных в литературе. Если однофакторную зависимость нельзя представить линейным уравнением (в рассматриваемой области), то в многомерном случае, несомненно, будет существенная кривизна. Обратное утверждение, к сожалению, не очевидно.

Итак, выбор экспериментальной области факторного пространства связан с тщательным анализом априорной информации.

Полный факторный эксперимент

Эксперимент, состоящий из всех возможных обработок, образованных двумя или более факторами, каждый из которых изучают на двух или более уровнях.

Дробный факторный эксперимент

Эксперимент, состоящий из подмножества полного факторного эксперимента.

Проведение эксперимента

Каждый эксперимент содержит элемент неопределенности вследствие ограниченности экспериментального материала. Постановка повторных (или параллельных) опытов не дает полностью совпадающих результатов, потому что всегда существует ошибка опыта (ошибка воспроизводимости). Эту ошибку и нужно оценить по параллельным опытам. Для этого опыт воспроизводится по возможности в одинаковых условиях несколько раз и затем берется среднее арифметическое всех результатов.

Все ошибки принято разделять на два класса: систематические и случайные.

Систематические ошибки порождаются причинами, действующими регулярно, в определенном направлении. Чаще всего эти ошибки можно изучить и определить количественно.

Случайными ошибками называются те, которые появляются нерегулярно, причины возникновения которых неизвестны и которые невозможно учесть заранее.

Дисперсия параметра оптимизации

Дисперсия всего эксперимента получается в результате усреднения дисперсий всех опытов. По терминологии, принятой в планировании эксперимента, речь идет о подсчете дисперсии параметра оптимизации или, что то же самое, дисперсии воспроизводимости эксперимента

При подсчете дисперсии параметра оптимизации квадрат разности между значением y q в каждом опыте и средним значением из n повторных наблюдений y нужно просуммировать по числу опытов в матрице N , а затем разделить на N (n - 1):

Где i = 1, 2, …, N ; q = 1, 2, …, n .

Такой формулой можно пользоваться в случаях, когда число повторных опытов одинаково во всей матрице.

Дисперсию воспроизводимости проще всего рассчитывать, когда соблюдается равенство числа повторных опытов во всех экспериментальных точках. На практике весьма часто приходится сталкиваться со случаями, когда число повторных опытов различно. Это происходит вследствие отброса грубых наблюдений, неуверенности экспериментатора в правильности некоторых результатов (в таких случаях возникает желание еще и еще раз повторить опыт) и т.п.

Тогда при усреднении дисперсий приходится пользоваться средним взвешенным значением дисперсий, взятым с учетом числа степеней свободы

–дисперсия i -го опыта;

–число степеней свободы i -м опыте, равное числу параллельных опытов n i минус 1.

Число степеней свободы средней дисперсии принимается равным сумме чисел степеней свободы дисперсий, из которых она вычислена.

Случай с неравным числом наблюдений, который мы рассмотрели выше, связан с нарушением ортогональности матрицы. Поэтому здесь нельзя использовать расчетные формулы для коэффициентов, приведенные ранее. Этот вопрос будет рассмотрен ниже.

Экспериментатору не следует забывать о проверке однородности дисперсий, неоднородные дисперсии усреднять нельзя. Прежде чем пользоваться приведёнными выше формулами, нужно убедиться в однородности суммируемых дисперсий.

Проверка однородности дисперсий

Проверка однородности дисперсий производится с помощью различных статистических критериев. Простейшим из них является критерий Фишера, предназначенный для сравнения двух дисперсий. Критерий Фишера (F - критерий) представляет собою отношение большей дисперсии к меньшей. Полученная величина сравнивается с табличной величиной F -критерия.

Если полученное значение дисперсионного отношения больше приведенного в таблице для соответствующих степеней свободы и выбранного уровня значимости, это означает, что дисперсии значимо отличаются друг от друга, т. е. что они неоднородны.

Если сравниваемое количество дисперсий больше двух и одна дисперсия значительно превышает остальные, можно воспользоваться критерием Кохрена. Этот критерий пригоден для случаев, когда во всех точках имеется одинаковое число повторных опытов.

Критерий Бартлета базируется на нормальном распределении. Если имеются отклонения от нормального распределения, то проверка неоднородности дисперсий может привести к ошибочным результатам.

Рандомизация

Чтобы исключить влияние систематических ошибок, вызванных внешними условиями (переменой температуры, сырья, лаборанта и т. д.), рекомендуется случайная последовательность при постановке опытов, запланированных матрицей. Опыты необходимо рандомизировать во времени. Термин «рандомизация» происходит от английского слова random – случайный.

Если экспериментатор располагает сведениями о предстоящих изменениях внешней среды, сырья, аппаратуры и т. п., то целесообразно планировать эксперимент таким образом, чтобы эффект влияния внешних условий был смешан с определенным взаимодействием, которое не жалко потерять. Так, при наличии двух партий сырья матрицу 2 3 можно разбить на два блока таким образом, чтобы эффект сырья сказался на величине трехфакторного взаимодействия. Тогда все линейные коэффициенты и парные взаимодействия будут освобождены от влияния неоднородности сырья.

Тщательное, скрупулезное выполнение эксперимента, несомненно, является главным условием успеха исследования. Это общее правило, и планирование эксперимента не относится к исключениям.

Метод наименьших квадратов

Метод наименьших квадратов (МНК, англ.Ordinary Least Squares , OLS ) - математический метод, применяемый для решения различных задач, основанный на минимизации суммы квадратов некоторых функций от искомых переменных. Он может использоваться для «решения» переопределенных систем уравнений (когда количество уравнений превышает количество неизвестных), для поиска решения в случае обычных (не переопределенных) нелинейных систем уравнений, для аппроксимации точечных значений некоторой функцией.

Регрессионный анализ

Регрессионный анализ как всякий статистический метод, применим при определенных предположениях, постулатах.

Первый постулат. Параметр оптимизации y есть случайная величина с нормальным законом распределения. Дисперсия воспроизводимости – одна из характеристик этого закона распределения.

АВТОМАТИЗАЦИЯ

(automation) Машинное производство, обычно осуществляемое под контролем компьютера и не требующее непосредственного вмешательства человека. Автоматизация особенно полезна в тех случаях, когда необходима чрезвычайная точность, а также при работе с опасными материалами, когда обеспечение безопасности человека оказывается слишком трудным и дорогостоящим. В то время как для поддержания автоматизированных предприятий в рабочем состоянии достаточно очень немногочисленного персонала, разработка, изготовление и установка автоматического оборудования обычно требуют огромных затрат квалифицированного труда (skilled work). Кроме того, люди-операторы необходимы для наблюдения за работой автоматического оборудования. При каждом данном уровне производства автоматизация обычно означает сокращение рабочих мест и использование более квалифицированной рабочей силы.

Экономика. Толковый словарь. - М.: "ИНФРА-М", Издательство "Весь Мир". Дж. Блэк. Общая редакция: д.э.н. Осадчая И.М. . 2000 .

АВТОМАТИЗАЦИЯ

применение машин, машинной техники и технологии с целью облегчения человеческого труда, вытеснения его ручных форм, повышения его производительности. Автоматизация производства призвана устранить физически тяжелый, монотонный труд, переложив его на плечи машин. Автоматизация управления направлена на использование компьютеров и других технических средств обработки и передачи информации в управлении производством, хозяйственными процессами.

Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б. . Современный экономический словарь. - 2-е изд., испр. М.: ИНФРА-М. 479 с. . 1999 .

Экономический словарь . 2000 .

Синонимы :

Смотреть что такое "АВТОМАТИЗАЦИЯ" в других словарях:

Автоматизация одно из направлений научно технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и… … Википедия

Это старания мужчин упростить работу настолько, чтобы ее могли делать женщины. Автоматизация создает новые области занятости: требуется все больше и больше людей для исправления ошибок. Автоматизация создала совершенно новые сферы незанятости.… … Сводная энциклопедия афоризмов

автоматизация - Применение технических средств, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации. Автоматизация управления направлена на… … Справочник технического переводчика

Применение технических средств, экономико математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов… … Большой Энциклопедический словарь

автоматизация - и, ж. automatisation f. 1877. Лексис. 1. Непроизвольность действия. Представление о растущей автоматизации общественного накопления. Совр. 1915 2 119. 2. Внедрение автоматики. БАС 2. Лекс. БСЭ: автоматизация; САН 1932: автоматиза/ция … Исторический словарь галлицизмов русского языка

автоматизация - Переход отрабатываемого действия на уровень неосознаваемого контроля, когда основную роль переходит к восприятиям и ощущениям, особенно кинестетическим. Если изменение условий деятельности вызывает существенные затруднения в выполнении действия,… … Большая психологическая энциклопедия

АВТОМАТИЗАЦИЯ, применение автоматов, автоматических и автоматизированных систем в производственной, научной, управленческой и др. сферах деятельности человека. Основная цель автомата повышение эффективности труда, оптимизация управления,… … Современная энциклопедия

АВТОМАТИЗАЦИЯ, применение самоуправляющихся машин для выполнения различных процессов в производстве и потреблении. Используя ОБРАТНУЮ связь, датчики следят за операциями, выполняемыми системой, и посылают сигналы на компьютер, который… … Научно-технический энциклопедический словарь

АВТОМАТИЗАЦИЯ, автоматизации, мн. нет, жен. (книжн.). Действие по гл. автоматизировать и автоматизироваться. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

АВТОМАТИЗИРОВАТЬ, рую, руешь; анный; сов. и несов., что. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Книги

, ред. Иосифьян А.Г. и др.. Автоматизация атомных станций. Труды всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики. Том 42…

Современный бизнес практически невозможно представить без средств автоматизации. Можно смело сказать, что с ее передовыми технологиями позволяет бизнесу не только удержаться бизнесу на плаву, но и идти вперёд в условиях жёсткой конкурентной борьбы.

Автоматизация делает возможным увеличение продаж, повышение эффективности работы, снижение затрат на человеческий труд, освобождение персонала от выполнения рутинных заданий.

Таким образом, можно сосредоточить силы на основных бизнес-процессах, обеспечить более продуктивную работу, своевременное реагирование на любые изменения и эффективное планирование дальнейших действий.

Автоматизация представляет собой направление научно-технического прогресса, заключающееся в применении саморегулирующих технических средств, различных экономико-математических методов и современных систем управления, которые освобождают человека от непосредственного участия в получении, преобразовании, передаче и использовании энергии, материалов или информационных ресурсов, значительно уменьшающих степень предполагаемого участия или трудоемкость осуществляемых операций.
Понятие автоматизация невозможно без понятия информационной системы. Автоматизированной информационной системой называют совокупность различных программных и аппаратных средств, которые предназначаются для хранения и/или управления всевозможными данными и информацией и осуществления вычислительных операций.

Разрабатывая средства автоматизации, следует чётко представлять цели создания автоматизированной системы. Автоматизация предприятия имеет своей целью увеличение производительности труда, совершенствование качества продукции, оптимизацию управления, отстранение человека от производств, которые опасны для здоровья.
Автоматизация уже действующей на предприятии информационной системы, как правило, способствует:
общему повышению надежности действующей информационной системы;
разгрузке персонала предприятия от рутинных и сложных трудовых операций;
уменьшению числа внутрифирменных сверок;
ускорению подготовки отчетности;
увеличению достоверности отчетности.
Сегодня автоматизация вобрала в себя весь объем опыта, накопленного за предыдущий период развития информационных систем управления. В настоящее время автоматизация определяется новыми тенденциями.

На современном этапе своего развития характеризуется взаимопроникновением, интеграцией различных ее уровней: АСУ (бизнес-уровень), САПР (уровень проектирования), АСУТП (производственно-технологический уровень). Благодаря этому автоматизация являет собой реальную производительную силу и охватывает предприятие в целом, вовлекая в сферу своего влияния всех: и технологов-операторов, и высшее руководство. Единство предприятия предполагает функционирование в едином информационном пространстве. Только так можно добиться оптимальности и оперативности в управлении всеми сторонами его деятельности, и автоматизация здесь играет ведущую роль.

Кроме того, автоматизация предполагает интенсификацию сближения стандартов и интерфейсов разнообразных аппаратных и программных средств, используемых на ее различных уровнях. Автоматизация делает возможным объединение в одну систему оборудования от разных производителей и приобретенное в разные сроки без особых дополнительных затрат. Использование открытых технологий позволяет сохранять, вкладываемые в автоматизацию инвестиции. Автоматизация предприятий необходима и по причине бурного развития интернет технологий. В этой связи открываются совершенно новые возможности для эффективного взаимодействия пользователей с полностью автоматизированной системой. Таким образом, автоматизация в бизнесе имеет блестящую перспективу.

Автоматизация позволяет повысить производительность труда , улучшить качество продукции , оптимизировать процессы управления, отстранить человека от производств, опасных для здоровья. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи. В состав систем автоматизации входят датчики (сенсоры), устройства ввода , управляющие устройства (контроллеры), исполнительные устройства , устройства вывода , компьютеры. Применяемые методы вычислений иногда копируют нервные и мыслительные функции человека. Весь этот комплекс средств обычно называют системами.

Основные виды систем автоматизации:

автоматизированная система планирования (АСП),
автоматизированная система научных исследований (АСНИ),
система автоматизированного проектирования (САПР),
автоматизированный экспериментальный комплекс (АЭК),
гибкое автоматизированное производство (ГАП) и автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП),
автоматизированная система управления эксплуатацией (АСУ) и система автоматического управления (САУ).

Основная тенденция развития систем автоматизации идет в направлении создания автоматических систем , которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль человека заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма (метода решения) и анализе полученных результатов.
Однако присутствие в решаемых задачах эвристических или сложно программируемых процедур объясняет широкое распространение автоматизированных систем . Здесь человек участвует в процессе решения, например, управляя им, вводя промежуточные данные.
На степень автоматизации влияют продолжительность времени, отведенного на решение задачи, и её вид - типовая или нет. Так, при срочном поиске решения нестандартной задачи следует полагаться только на самого себя.

См. также

Список литературы

Капустин, Н. М. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. для втузов / Под ред. Н. М. Капустина. - М .: Высшая школа, 2004. - 415 с. - ISBN 5-06-004583-8 .
Белькинд, Л. Д., Конфедератов, И. Я., Шнейберг, Я. А. История техники. - М ., Л.: Госэнергоиздат, 1956. - 484 с.
Бердяев, Н. Человек и машина // Вопросы философии. - № 2. - 1989.
Прохоров, А. М. Большая советская энциклопедия / Под ред. А. М. Прохорова. - 3-е изд. - М .: Большая советская энциклопедия, 1974. - Т. 1.
Вергинский, В. С. Очерки истории науки и технологии XVI-XIX в. (до 70-ых гг. XIX в.). - М .: Просвещение, 1984. - 287 с.
Воройский, Ф. С. Информатика. Энциклопедический систематизированный словарь-справочник. (Введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах). - М .: Физматлит, 2007. - 760 с. - ISBN 5-9221-0426-8
Гэтленд, К. Космическая техника: Иллюстрированная энциклопедия. - М .: Мир, 1986. - 294 с.
Данилевский, В. В. Русская техника. - Л. : Ленинградское газетно-журнальное и книжное издательство, 1947. - 545 с.
Дильс, Г. Античная техника. - М ., Л.: ОНТИ-ГТТИ, 1934. - 216 с.
Зайцев, Г. Н., Федюкин, В. К., Атрошенко, С. А. История техники и технологий. - М .: Политехника, 2007. - 416 с. - ISBN 978-5-7325-0605-1 .
Мелещенко, Ю. С. Техника и закономерности её развития. - Л. : Лениздат, 1970. - 248 с.
Мещеряков, В. Устрашали не одним видом… // Техника - молодежи. - № 10. - 1979.
Миткевич, В. Ф. Очерки истории техники докапиталистических формаций / Под общ. ред. В. Ф. Миткевича. - М ., Л.: Издательство АН СССР, 1936. - 463 с.
Миронов, В. В. Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук / Под общ. ред. В. В. Миронова. - М .: Гардарики, 2006. - 636 с. - ISBN 5-8297-0235-5 .
Шухардин, С. В. Техника в её историческом развитии (70-е годы XIX - начало XX в.) / Отв. ред. С. В. Шухардин. - М .: Наука, 1982. - 511 с.
Юревич, Е. И. Основы робототехники. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 416 с. - ISBN 5-94157-473-8 .

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Автоматизация" в других словарях:

- (automation) Машинное производство, обычно осуществляемое под контролем компьютера и не требующее непосредственного вмешательства человека. Автоматизация особенно полезна в тех случаях, когда необходима чрезвычайная точность, а также при работе с … Экономический словарь