ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ ЛИСТОПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Принципы автоматизации управления качеством продукции металлургического комбината
Прежде чем перейти к изложению содержания книги напомним читателю некоторые известные формулировки основных понятий, вынесенных в ее название.
Автоматизация - применение технических средств, математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и (или) информации.
Управление - целенаправленное воздействие на объект, процесс, систему и пр. для приведения его (се) в требуемое (желаемое для субъекта управления) состояние [10].
Качество - в узком смысле качество означает качество продукции (совокупность свойств и мера полезности продукции для удовлетворения потребностей потребителей), в широком смысле качество означает качество работы подразделений, персонала, качество функционирования системы и т.п. [6,10].
Управление качеством - разработка, проектирование, выпуск и обслуживание качественных товаров, продукции, которые являются наиболее экономичными, наиболее полезными для потребителей и удовлетворяют его потребностям [6,10].
Автоматизация управления качеством - применение технических средств, математических методов и систем управления, освобождающих персонал частично или полностью от непосредственного участия в разработке, проектировании, выпуске и обслуживании наиболее экономичной продукции, удовлетворяющей требованиям потребителей [6.10].
Как показывает мировой опыт, технические средства и средства автоматизации существенно упрощают процессы управления, хотя и не оказывают определяющего влияния на их эффективность [2]. Наиболее важным является правильный выбор единой методологии на основе накопленного опыта работы, позволяющий сорганизовать функционирование различных АСУ для достижения основных целей работы предприятия -выпуска конкурентоспособных и лучших в своей отрасли видов продукции, получения максимальной прибыли от ее реализации и признания продукции всеми предприятиями — потребителями.
Исходя из этого, создаваемые в отдельных цехах (в том числе, и в листопрокатных) автоматизированные системы управления качеством, должны постоянно развиваться и дополняться элементами, необходимыми для развития общекомбинатовской комплексной АСУК (КАСУКК).
Функциональная интеграция различных АСУ и АСУК заключается в принятии решений при оптимизации управления на различных иерархических уровнях, и согласовании этих решений во временных интервалах. Для се реализации в функциональной структуре КАСУКК целесообразно выделить три уровня управления [3]: стратегический, тактический и оперативный (см. рис. 1.1), на которых решаются свои, присущие только своему уровню, задачи.
На рис. 1.1 приняты следующие обозначения: КАСУКК - комплексная автоматизированная система управления качеством комбината; ИАСУ -интегрированная автоматизированная система управления; АСУ СПМ -автоматизированная система управления сбытом продукции и маркетинга; АСУ ПСМ - автоматизированная система управления поставками сырья и материалов; ССУ - система слежения и управления; АСУ П автоматизированная система управления производством; АСУ 3 - АСУ заказ; ЛСАУ(Р) - локальные системы автоматического управления (регулирования).
|
Рынок листового проката |
КАСУКК
И АСУ
АСУ
СИМ
АСУ псм
Л"^. .^Ч. л^^*. ."Ч. ЖТ . жт
*? $$?$?$?: А СУК цеха?
BWIWW.
6:
ССУ
АСУП
АСУ 3
ЛСАУ(Р) агрегат 1
ЛСАУ(Р) агрегат 2
*:<
ЛСАУ(Р) агрегат и
Рис. 1.1. Схема сочетания функций стратегического, тактического и оперативного управления в рамках комплексной автоматизированной системы управления качеством комбината (КАСУКК)
К основным функциональным задачам (обозначим через X) следует отнести следующие:
Xi анализ показателей качества, технико-экономических показателей технологии производства и др. (хп, Х]2, Х|з - анализ на оперативном, тактическом и стратегическом уровне);
Хг - прогноз различных показателей на перечисленных уровнях (Х21, Х22, Х23);
Х3 - управление на этих же уровнях (хзь Х32, Х33).
Таким образом, получены девять отдельных блоков (блока автоматизации), в которых можно решать формализованные задачи управления качеством продукции металлургического комбината. Для решения необходима информация о состоянии производства, которую можно разбить на отдельные группы [6, 59-63,84]:
- - технологический агрегат отдельного цеха (технология; состояние оборудования; внеплановые простои из-за аварий, отсутствия подката, заказов, материалов и др);
- - показатели качества (входные показатели качества сырья и др., промежуточные - химический состав стали, механические свойства, плоскостность и др. показатели подката, качество поверхности полос после травления и прокатки, плоскостность холоднокатаных полос и т.д., выходные - геометрические: точность и плоскостность готового проката, механические свойства - пределы текучести и прочности, относительное удлинение и др., электромагнитные (для электротехнических марок сталей) -удельные магнитные потери, магнитная индукция и др., показатели качества поверхности и покрытия и др.);
- - технологические факторы обработки (управляемые; контролируемые (постоянно), но не управляемые; неконтролируемые, но регистрируемые при экспериментах);
- технико-экономические показатели (входные - стоимость сырья, заданные объемы производства и др., внутренние - объем перевода в пониженные сорта, брак и беззаказанную продукцию, количество простоев оборудования, расход металла по агрегатам, объемы полученной и отгруженной продукции и др., выходные себестоимость продукции, прибыль, рентабельность и др.);
объемы рекламаций (отечественные, зарубежные потребители; постоянные потребители);
- состояние рынка сбыта продукции (уровень качества определенных видов продукции, сложившийся на рынке, их рыночная цена, объемы продаж определенных видов продукции и др.).
Задачи стратегического уровня следует решать в течении временных интервалов, достаточных для прохождения полных циклов от сбора и упорядочения внутренней и внешней информации, необходимой для выработки политики (стратегии) научно-технического и экономического развития предприятия, до принятия долгосрочных программ и планов этого развития, в рамках которого постоянно проводятся работы по управлению качеством. Длина этих временных интервалов может быть связана и определена коренными изменениями в составе выпускаемой продукции предприятия, его технического оснащения и материальной базы [2].
Далее опишем функциональные задачи, которые целесообразно решать в отдельных классификационных блоках [3, 6, 59-63].
В блоке хи проводится анализ данных, отражающих тенденции изменения потребностей рынков листового проката и изделий из него, а также анализируется информация о тенденциях развития родственных, металлургических предприятий (в частности, степени реконструкции старых, создании новых листопрокатных цехов и т.д.) и сферы потребления (строительство и реконструкция машиностроительных предприятий, заводов по производству электротехнических, бытовых, строительных изделий и т.д.) - как в России, так и за рубежом.
В блоке хоз на основе данных блока хв проводится прогноз наиболее вероятных изменений потребностей, перечисленных выше объектов (рынков, предприятий и т.п.). В соответствии с информацией блоков хв и хгз, в блоке хзз управляющих воздействий решаются задачи, направленные на создание долгосрочных планов работ по формированию необходимой сырьевой базы, базы ресурсов производства, по реконструкции и модернизации технических средств и средств автоматизации, по оптимизации состава и соотношения основных видов продукции цеха (комбината) и т.д.
Практическая реализация разрабатываемых долгосрочных планов неразрывно связана с тактическим уровнем, к которому можно отнести замкнутый цикл, включающий принятие решений о разработке и последующем производстве нового вида продукции (или корректировка состава и соотношений среди выпускаемых видов), выбор и определение необходимого уровня показателей качества и наиболее вероятные для его получения диапазоны технологических режимов обработки на основных агрегатах цеха (комбината), создание программ обеспечения качества, выпуск продукции, анализ и оценку результатов (аттестация качества) и в соответствии с этими результатами корректировку режимов обработки.
Так, в блоке л'в проводится среднесрочный анализ данных об уровне качества выпускаемой продукции и технико-экономических показателях работы цеха за определенные промежутки времени (смена, сутки, неделя и т.д.) и сравнение его со средним уровнем качества, сложившимся к рассматриваемому промежутку времени на рынке. В этом же блоке производится анализ данных о технологии, состоянии оборудования и количестве внеплановых простоев основных агрегатов цеха. Оценивается правильность выбора технологических режимов обработки определенных видов продукции и эксплуатации установок, систем и ооорудования агрегатов. Устанавливаются причины, приведшие к внеплановым простоям агрегатов.
В функциональном блоке х-п прогнозируются уровень качества выпускаемой продукции цеха и диапазоны технологических факторов, обеспечивающие получение этого прогнозируемого уровня. Осуществляется прогноз технико-экономических показателей работы отдельных агрегатов и цеха в целом. Делается среднесрочный прогноз требований рынка к выпускаемой за данный промежуток времени продукции. Кроме того, в блоке л’22 можно прогнозировать с достаточной долей вероятности степень износа оборудования, агрегатов цеха и рассчитывать вероятности отказа технических средств и средств автоматизации за заданные промежутки времени.
Информация блоков х,2 и Х22 используется в блоке Х32 управляющих воздействий для принятия решений при определении и выборе наилучших диапазонов управляемых технологических факторов на различных агрегатах цеха в функции заданных уровней показателей качества и техникоэкономических показателей. Помимо этого, выбор технологии, управление эксплуатацией оборудования, технических средств и средств автоматизации (своевременная профилактика, плановые ремонты и т.п.) способствуют экономии ресурсов, уменьшению времени внеплановых простоев агрегатов, расходов сырья, топлива, энергии, материалов, металла и т.д., что, в свою очередь, позволит регулировать технико-экономические показатели работы отдельных агрегатов и цеха в целом относительно заданного их уровня.
Функционирование контура управления системы на тактическом уровне охватывает последовательность циклов оперативного управления, которая реализует решение краткосрочных задач с помощью АСУ ГН, локальных автоматизированных систем управления и систем автоматического управления и регулирования и т.п.
В блоке хи производится анализ данных о технологии обработки металла на агрегатах и показателях качества выпускаемой продукции в режиме реального времени, то сеть в такте с технологическим процессом, а также анализируется информация о входных показателях качества подката и входных технико-экономических показателях, позволяющая оценить объем затрат на его производство.
Информация блока %ц позволит в блоке Х21 осуществлять краткосрочный прогноз входных показателей качества и технико-экономических показателей для определенных видов горячекатаного подката, а также прогноз (выбор) технологических режимов, обработки металла на различных агрегатах при заданном уровне качества продукции и полупродукта, качества готовой продукции при заданных режимах обработки.
Блок X31 вырабатывает управляющие воздействия на основе информации блоков Ли и X2i. В этом блоке принимаются решения о значениях управляемых технологических факторов, обеспечивающих оптимальные уровни показателей качества продукции и технико-экономических показателей работы цеха.
В рамках описанных уровней управления возникают дополнительные задачи, связанные с распределением функций управления и производства продукции по локальным критериям качества и экономическим критериям, в связи, с чем для обеспечения их согласованности в рамках единого информационного пространства КАСУКК необходимо разработать алгоритмы взаимодействия информационных процессов и управляющих воздействий различных контуров в пространстве и во времени. Алгоритмы смогут обеспечить интеграцию, суть которой заключается в постоянном установлении и поддержании связей между функциональными задачами, решаемыми АСУ К отдельных цехов. Опишем упрощенный алгоритм взаимодействия АСУК с другими системами [6, 59-63].
Стратегический уровень (рынок изделий из проката)
1. За заданные промежутки времени /1, /2, • ••, С, • ••, йч вычисляются У/,'** -показатели эффективности реализации различных изделий из листового проката
гт(к) _ rru.n.(i) Цил.(1)
<|"
где к=1, 2, К - вид изделия (автомобили, холодильники, трансформаторы и т.д.); - объем продаж к-го изделия из /-го вида
(типоразмера) листового проката, /=1, 2, ..., /; W(K>„,„. - среднее значение
объемов продаж к-го изделия: ; Ц,к>и.п.(ц - пена к-го изделия из
' >=1
/-го вида; Цк,и.„. - средняя цена к-го изделия:
2. Для каждого промежутка времени t, ti, ..., ..., йч выбираются
максимальные значения и определяются наиболее эффективные виды листовой продукции металлургического комбината, пользующиеся наибольшим спросом на рынке проката.
Стратегический уровень (рынок листового проката)
3. За заданные промежутки времени предшествующие промежуткам для определенных в п.2 видов проката, вычисляются показатели эффективности производства прокатного цеха того или иного уровня качества:
,/(о С)
(1.3)
пиу"
где - объем продаж /-го вида проката у-го уровня качества; W"’,, -среднее значение объемов продаж /-го вида проката; Ц"- рыночная цена /-го вида листового проката у-го уровня (группы) качества; Ц1'1,, - средняя рыночная цена /-го вида проката.
- 4. Далее реализуется долгосрочный прогноз объемов производства наиболее выгодной для комбината номенклатуры продукции. Прогноз может осуществляться на заданный предстоящий временной промежуток (квартал, полугодие, год, пятилетка и т.д.). Для этого представлена формула расчета вероятности получения наибольшей прибыли от реализации определенных (см. п.2) типоразмеров определенных (см. п.З) групп качества:
- 2ж;,)('„+1 -о Л=1
лкйЖ+д/)]=—— ---,
где &Пп(л(1„+1 — /„)= 77тЖ+1)-т=, 2,..., M=I*J.
(1.4)
Максимальные величины вероятностей (max Pm) позволяют выбирать наиболее прибыльные виды продукции цеха оптимальных с техникоэкономической точки зрения групп качества.
- 5. На основе анализа результатов исследований и расчетов по п.1-4 разрабатываются новые перспективные виды продукции листопрокатных цехов в функции наилучших показателей качества, технико-экономических показателей (максимальная цена реализации за счет высокого уровня качества при минимальной себестоимости за счет оптимизации производственного и технологических процессов).
- 6. Для практической реализации результатов по п.5 разрабатываются перспективные планы, а на их основе конкретные технические задания по реконструкции, модернизации и замене оборудования, технических средств и средств автоматизации.
Тактический уровень
7. В АСУК цехов определяются оптимальные диапазоны изменения технологических режимов обработки металла на основных агрегатах, обеспечивающие максимальную вероятность производства любого заданного вида продукции с заданными показателями качества при условии наилучших технико-экономических показателей работы агрегатов и цеха в целом.
AXtl>i=F(Y<3ad>m(i), Cm'ni), (1.5)
ДХ , вектор диапазонов изменения технологических факторов на / м агрегате при производстве /-го вида продукции; Узад>„, (ц - вектор заданных т показателей качества проката /-го вида продукции; С"'",- - минимальное значение себестоимости /-го вида проката. Результаты передаются в группы качества для анализа и корректировки.
Оперативный уровень
8. На основе результатов п.7 вырабатываются диапазоны управляющих воздействий для каждого агрегата и каждого показателя качества для /-го вида продукции с учетом выбранных диапазонов изменения технологических факторов ДХ*'1 и возможных случайных возмущений Е'"'1 на агрегате /:
Д1/"„, =/ХДХ",„ AYl"'r,l,„ (ih &'">), (1.6)
где AU111,,, - диапазон управляющих воздействий на агрегате / при обработке /-го вида продукции и получения заданного значения показателя качества Д
Результаты передаются технологам на агрегаты и в службы АСУ ТП для анализа и корректировки. После проверки результатов в локальные системы вводятся соответствующие поправочные коэффициенты и корректируются задаваемые параметры.
В ходе процессов постоянно производится адаптация регулировочных значений на основе информации, циркулирующей в АСУК цеха между различными уровнями управления. При изменениях, произошедших в любом из перечисленных пунктов, осуществляется корректировка результатов вычислений и после соответствующего анализа выдаются новые результаты. При стабильных процессах анализ, корректировка, пересчет и т.д. производятся в АСУК периодически в задаваемых промежутках времени.
Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно обеспечить решение различных функциональных задач и осуществить взаимодействие АСУК с АСУ различного иерархического уровня, что, в свою очередь, может с достаточной точностью и надежностью способствовать повышению эффективности управления качеством продукции металлургического комбината.
Особую роль в этом играет максимальная автоматизация процессов управления на конечном переделе производства продукции - в листопрокатных цехах, сводящаяся в итоге к созданию автоматизированных систем управления качеством на цеховом уровне (тактическом и оперативном).
