|
Ицкович Э.Л.
Институт проблем управления (ИПУ) |
Рассматривается независимая проверка качества работы действующих на предприятии систем автоматизации. Выделяются особенности внутреннего и внешнего аудита. Описываются методы аудита и его результаты, влияющие на эффективность функционирования систем автоматизации.
Введение.
Под названием «Аудит» первоначально понималась независимая проверка финансовой деятельности организации. В последнее время понятие ауди та расширяется на другие сферы деятельности; в частности, появились понятия: организационный аудит, экологический аудит, образовательный аудит, аудит персонала и т. д.. Здесь под понятием «Аудит производственных средств и систем автоматизации» будем понимать независимую проверку их работы; анализ существующего качества их функционирования и его соответствия заданным требованиям, условиям и/или нормативам; выработку конкретных рекомендаций по выявленным недостаткам. В качестве аудитора – службы, проводящей аудит - может выступать как самостоятельное подразделение предприятия (внутренний аудит), так и посторонняя специализированная фирма (внешний аудит). Проведение аудита существующих на производстве средств и систем автоматизации имеет первостепенное значение, поскольку оно позволяет поддерживать высокое качество и необходимую эффективность работы систем автоматизации и исключить деградацию средств и систем во время их эксплуатации. Тривиальная истина, что для достижения высокой эффективности мало приобрести самое лучшие средства системы, надо еще правильно их эксплуатировать и обслуживать, на практике требует все нового и нового подтверждения.
Следует подчеркнуть отличия аудита от непосредственной оперативной работы инженерного персонала участков и цехов предприятия по анализу функционирования систем контроля и управления производственными процессами в их подразделениях.
Обязанностью руководителей производственных подразделений является анализ работы имеющихся у них систем контроля и управления, который они проводят регулярно (обычно, ежесуточно) на базе автоматически формируемых сводок систем автоматизации; сменных протоколов, отчетов и рапортов операторов производственных процессов и администраторов систем автоматизации; докладных сотрудников КИПиА, обслуживающих средства автоматизации в их подразделении.
Из всей этой поступающей к инженерному персоналу для анализа информации важнейшей частью являются автоматически формируемые сводки систем автоматизации с учетными данными об их работе. С целью упрощения анализа работы систем автоматизации целесообразно создать в каждой системе достаточно полный комплект программ учета ее работы; формировать все контролируемые и вычисляемые учетные сведения в отдельной подсистеме; хранить в базе данных весь накопленный материал этой подсистемы за каждый заданный интервал времени (обычно, за сутки) в отдельном файле и выдавать его по запросу персонала общей сводкой.
Ниже приведен примерный, минимальный состав учетных данных, который целесообразно формировать в данной подсистеме у каждой системы автоматизации.
1. Контроль работы датчиков системы: результаты автоматического тестирования датчиков, моменты времени отключения/включения отдельных датчиков. |
2. Контроль работы цепей регулирования: оценки средних значений регулируемых величин и их средних квадратичных отклонений за отдельные смены, доля времени нахождения регулирующих органов в конечных положениях за отдельные смены, моменты времени отключения/включения отдельных систем регулирования. |
3. Учет нарушений в работе автоматизируемого объекта: фиксация интервалов времени нахождения каждой из контролируемых величин за диапазоном заданных ей нормальных значений. |
4. Учет отключений отдельных программных и технических средств и всей системы: фиксация интервалов времени нахождения всей системы автоматизации, ее отдельных подсистем, технических и программных средств в выключенном состоянии. |
Текущий анализ работы систем контроля и управления производственными процессами, проводимый руководством цеха и заключающийся в оперативном выявлении различных сбоев, отказов, недостоверной информации, неправильных или неквалифицированных действий операторов, аварийных ситуаций - позволяет ему принимать все необходимые меры по нормализации работы систем контроля и управления.
Но данная деятельность совершенно не подпадает под приведенное понятие аудита:
- выполняемый текущий анализ работы систем автоматизации ограничивается констатацией нормального функционирования систем, что составляет малую часть анализа выполняемого аудитором;
- реализуемые инженерным персоналом подразделения задачи обеспечения работоспособности функционирующих систем контроля и управления отличны от задач аудита,
- важный фактор - проводимый текущий анализ производится не независимым аудитором, а персоналом, отвечающим за работу систем автоматизации.
Различные аспекты организации и проведения аудита производственных средств и систем автоматизации.
Службы предприятия, которые должны быть заинтересованы в аудите:
- руководство предприятия, выделяющее финансовые ресурсы на автоматизацию в соответствии с представленными ему прогнозными данными об эффективности использования этих ресурсов;
- экономическая служба предприятия, отвечающая за качество и себестоимость продукции и определяющая эффективность работы отдельных подразделений производства.
Исполнители аудита. Специально сформированное для аудита автоматизации производства подразделение предприятия (служба внутреннего аудита), которое периодически обследует работу средств и систем автоматизации последовательно по всем цехам и участкам производства.
Посторонняя консалтинговая организация (приглашенный внешний аудит), которой кроме непосредственного аудита, в некоторых случаях, задают еще и определенную цель обследования существующей автоматизации производства, выходящую за рамки обычного типового аудита эксплуатируемых средств и систем: например, рекомендации по совершенствованию, расширению и модификации работы действующих систем и определение не охваченных автоматизацией функций контроля и управления, которые целесообразно автоматизировать.
Требования, предъявляемые к аудиторам внутреннего и внешнего аудита:
- они должны быть хорошо информированы о возможностях современных средств/систем автоматизации и, в особенности, о характеристиках эксплуатируемых на предприятии средств и систем;
- они должны достаточно хорошо ориентироваться в специфике производственных процессов на предприятии;
- они не должны иметь какую-либо коммерческую связь с производителями используемых на предприятии средств; с проектировщиками имеющихся на предприятии систем автоматизации; с организациями, проводившими внедрение средств и систем и любые другие работы на предприятии, связанные со средствами/системами автоматизации;
- они должны быть полностью независимыми от влияния руководителей отдельных производственных цехов и участков, от служб информатизации, автоматизации и КИПа предприятия; а поэтому служба внутреннего аудита должна находиться в непосредственном подчинении у руководства предприятия.
Частота проведения аудита:
- периодический аудит, реализуемый службой внутреннего аудита предприятия; имеет частоту, определяемую внутренними потребностями и возможностями предприятия (в среднем, примерно раз в квартал);
- одноразовый внешний аудит, осуществляемый по специальному заказу посторонней консалтинговой организацией должен проводиться не чаще раза в год.
Типовые задачи аудита.
1. Основные задачи внутреннего аудита:
- формирование средних и интегральных величин, статистических характеристик, процентных соотношений по различным аспектам качества и надежности работы средств и систем автоматизации за время, прошедшее с момента предыдущего аудита;
- анализ изменений во времени полученных основных показателей качества и надежности работы средств и систем автоматизации по сопоставлению их с аналогичными показателями за прошлые периоды времени;
- рекомендации по необходимому совершенствованию работы систем автоматизации.
2. Основные задачи внешнего аудита:
- анализ результатов работы службы внутреннего аудита и оценка используемых ею методов обследования и рекомендуемых мероприятий;
- выявление недостаточного охвата автоматизацией функций контроля и управления, низкой эффективности отдельных средств и систем, других различных недостатков и недоработок существующей автоматизации производства и выработка мероприятий по повышению эффективности работы отдельных систем автоматизации.
Исходные документы и материалы, используемые при разных видах аудита:
- протоколы, формируемые системами автоматизации;
- рабочие журналы, отчетные ведомости и рапорта операторов производства.
- сохраняемые в исторических базах данных систем автоматизации наименования происшедших аварийных ситуаций и моментов их возникновения; сведения об отключениях отдельных средств и систем и времени нахождения их в нерабочем состоянии; временные графики изменения отдельных регулируемых величин и учетных показателей (тренды); интервалы времени, в которых основные показатели технологических процессов находились вне диапазонов их нормальных изменений; фиксируемые действия операторов с указанием моментов времени их проведения;
- отчеты ремонтных служб по обслуживанию и ремонтам технических средств автоматизации с описанием причины обслуживания (ремонта) и содержания проведенных работ;
- отчеты администраторов систем автоматизации по обслуживанию программного обеспечения систем автоматизации, с описанием проводимых работ, включая коррекцию и перестройку параметров программ, исправление ошибок программ, их модернизацию, добавление новых программ и т. п..
Основные показатели, определяемые при разных видах аудита:
- показатели качества, точности, надежности систем регулирования;
- показатели достаточности и надежности систем блокировок, логического управления, цепей аварийной защиты, систем пуска и останова автоматизируемого объекта;
- показатели точности, надежности, достоверности систем автоматического определения и расчета качественных, количественных, учетных, технико-экономических характеристик работы автоматизируемого объекта;
- учетные показатели обслуживания и ремонтов средств систем автоматизации;
- учетные показатели сбоев, отказов, коррекций, модификаций программного обеспечения систем автоматизации;
- социальные и психологические показатели взаимодействия операторов производственных процессов с системами автоматизации, с администраторами систем автоматизации и с службой КИПиА;
- сопоставление всех выше указанных показателей за последний временной интервал с теми же показателями за прошлые интервалы и оценка тенденций их изменений во времени.
Перечень методов, используемых при разных видах аудита:
- анкетирование персонала, работающего со средствами/системами автоматизации и обслуживающего системы;
-анализ имеющегося документального и архивного материала, касающегося эксплуатируемых средств и систем автоматизации;
- интервьюирование производственного персонала: технологов цехов, операторов производственных процессов, администраторов систем автоматизации, сотрудников служб КИПиА;
- непосредственное наблюдение за работой действующих систем автоматизации;
- проведение специальных экспериментов по выяснению отдельных аспектов функционирования систем автоматизации.
Содержание и особенности отдельных методов аудита рассмотрены в следующем разделе.
Перечень основных результатов и рекомендаций аудита, следующих из проверки действующих систем автоматизации:
- оценки текущих показателей работы систем автоматизации и их сопоставление с аналогичными показателями за предыдущие периоды работы;
- оценки текущей работы персонала, работающего с системами автоматизации и обслуживающего системы, и изменений в их функционировании по сравнению с предыдущими периодами работы;
- предложения по совершенствованию показателей работы систем автоматизации;
-предложения по корректировке и модернизации систем автоматизации;
- предложения по совершенствованию работы операторов и подразделений, обслуживающих системы автоматизации;
- организационные предложения.
Содержание методов аудита производственных средств и систем автоматизации.
Метод анкетирования персонала.
Данный способ является наиболее простым и легким, не требующим непосредственного присутствия аудиторов на объекте, но, в то же время, он является наиболее неточным, ограниченным по получаемым сведениям, недостаточно достоверным, а зачастую и заведомо специально искаженным.
Для качественного проведения анкетирования необходимо формулировать в них вопросы в точно однозначно понимаемом, абсолютно конкретном виде. При этом следует использовать только те формы вопросов, которые предполагают либо простой, численный ответ, либо в которых заранее сформулированы все возможные варианты ответов и анкетируемый должен выбрать один из них, либо возможен ответ только в виде альтернативы типа «да – нет».
Примеры подобных вопросов.
Вопрос: сколько лет эксплуатируется данный ПТК. Ответ предлагается в виде одного числа.
Вопрос: используются ли в данной системе автоматизации алгоритмы самонастройки регуляторов или адаптивные регуляторы. Предлагаемый вариант ответа может иметь только одно из двух значений: да или нет.
Вопрос: назовите класс технических средств данного АСУ ТП, обслуживание и ремонт которого наиболее трудоемок и, соответственно, затратен. Ответ предлагается выбрать из прилагаемых к вопросу вариантов: класс датчиков, класс исполнительных механизмов, класс аппаратуры сетей, класс контроллеров, класс компьютеров (т. е. рабочих станций и серверов).
Пример неправильного анкетирования.
Вопрос из анкеты, разосланной службой одного холдинга на свои заводы: «Насколько полно и качественно автоматизирует объект (приводится наименование объекта) данное АСУ ТП». Некоторые ответы, полученные из разных заводов приведены ниже:
- «Автоматизирует на 70%»,
- «Хотелось бы большего»,
- «Качество было бы хорошим, если бы ее обслуживание было бы более квалифицированным».
На первоначальном этапе внешнего аудита, с целью сокращения времени его проведения и снижения загрузки аудиторов можно проводить предварительное анкетирование персонала предприятия с учетом указанных требований к формам анкет. В этом случае целесообразно формировать не одну, а ряд анкет, каждая из которых содержит определенный круг вопросов, направленных на отдельную группу специалистов предприятия:
- на обслуживающий и ремонтирующий средства/системы автоматизации персонал;
- на администраторов систем автоматизации;
- на операторов производственных процессов, работающих с системами автоматизации;
- на инженерный персонал подразделений, где работают системы автоматизации.
Такое раздельное анкетирование разных специалистов, связанных с функционирующими системами автоматизации, позволяет получить разностороннюю оценку их работу. В то же время дублирование некоторых вопросов разным группам специалистов, но сформулированных разным образом, позволяет провести первичный выборочный контроль объективности заполнения анкет.
На следующих этапах аудита, когда аудиторы непосредственно анализируют работу систем автоматизации, целесообразно перепроверить и уточнить отдельные сведения, полученные путем анкетирования.
Работа с документальным материалом.
Этот способ аудита является основным, поскольку он позволяет произвести всесторонний анализ текущего состояния средств и систем автоматизации, определить показатели качества, точности и надежности их работы, выделить тенденции ухудшения отдельных характеристик средств и систем и наметить пути совершенствования их функционирования.
Важным следствием анализа имеющегося на момент аудита документального материала является определение его достаточности, качества, глубины обработки исходных данных, наличия существенных расчетных обобщенных показателей, что позволяет сформулировать предложения по совершенствованию обработки и хранения информации, характеризующей показатели функционирования средств и систем автоматизации. Особое внимание уделяется наличию в каждой отдельной системе автоматизации прикладных программ, рассчитывающих и документирующих основные учетные показатели работы этой системы.
Основной, необходимый для всестороннего аудита документальный материал перечислен ниже:
- средние квадратичные погрешности стабилизации регулируемых величин за отдельные заданные интервалы времени;
- средние значения регулируемых величин и соответствующие им задания системам регулирования этих величин, устанавливаемые разными операторами в свои смены;
- средние значения и среднеквадратичные отклонения от них не регулируемых непосредственно, выходных, качественных и количественных показателей работы объекта за отдельные заданные интервалы времени (обычно, смены);
- средние значения и среднеквадратичные отклонения от них измеряемых, действующих на объект регулирования возмущений за заданные интервалы времени;
- средние значения и среднеквадратичные отклонения от них измеряемых технико-экономических и учетных показателей работы производства за заданные интервалы времени;
- точность вычисления учетных и технико-экономических показателей работы производства;
- процентное соотношение работы отдельных систем контроля, учета, управления, регулирования в автоматическом и ручном (отключенном) режимах за заданные интервалы времени (в смены разных операторов и при разных режимах работы автоматизируемого объекта);
- число и наименования отказов отдельных технических средств систем автоматизации за отдельные заданные интервалы времени и их причины;
- число и наименование сбоев и отказов отдельных программных средств систем автоматизации за заданные интервалы времени и их причины;
- число и наименование аварийных ситуаций в объекте управления за заданные интервалы времени и, по возможности, причины их возникновения;
- наличие взаимосвязей имеющихся систем автоматизации друг с другом и возможности связи с намечаемыми к приобретению средствами/системами автоматизации;
- число и наименование проведенных работ по обслуживанию и ремонту средств и систем автоматизации с классификацией типов работ за заданный временной интервал.
Интервьюирование персонала.
Полезная составляющая аудита, дополняющая работу с документальным материалом и дающая ряд дополнительных сведений об особенностях, достоинствах и недостатках отдельных систем автоматизации и способов их эксплуатации.
В частности этим путем выясняются:
- вопросы комфортности работы операторов, наглядности и полноты представления им информации, удобства их взаимодействия с системами автоматизации;
- имеющиеся замечания обслуживающего и ремонтного персонала к техническим свойствам эксплуатируемых средств и систем;
- квалификационная и численная достаточность персонала, обслуживающего и ремонтирующего средства систем автоматизации;
- определенные качественные недостатки и недоработки действующих систем, которые не фиксируются формальными методами;
- недостающие и/или недостаточно оперативные связи с другими соседними системами контроля и управления, с лабораториями, с инженерным персоналом, с отделами заводоуправления.
Существенная информация может быть получена этим путем по отдельным аспектам социальных и психологических взаимосвязей различных групп персонала, непосредственно работающих с системами автоматизации; в частности, отношениях операторов производства со службами КИПиА, отношениях службы автоматизации со службой КИП и т. п.
Наблюдение за работой систем автоматизации.
Непосредственное наблюдение за работой систем автоматизации существенно, поскольку позволяет свежим взглядом постороннего квалифицированного специалиста увидеть те особенности и нюансы работы отдельных средств и систем автоматизации, которые не привлекают внимание работающего с ними и обслуживающего их персонала, но значительно влияют на эффективность работы систем автоматизации.
Особенно важны непосредственные наблюдения за работой таких человеко-машинных систем управления, в которых система автоматизации дает всю необходимую информацию для улучшения качества управления, а сами управляющие воздействия на основе этой информации принимает (или не принимает) оператор рассматриваемого объекта автоматизации.
Ниже приводятся два типовых примера подобных систем.
1. Существует некоторая граница качества продукции, выпускаемой автоматизируемым объектом. Превышение текущего качества продукции данной границы означает выпуск продукции первого сорта, но чем выше границы значение текущего качества, тем выше расходы на ее производство (а отпускная цена остается прежней), поэтому надо держать качество возможно ближе к границе. С другой стороны, если текущее качество продукции станет ниже этой границы, то оно перейдет во второй сорт (или брак) и это принесет убытки, поэтому практически оператор должен поддерживать текущее качество выше границы настолько, чтобы при происходящих его колебаниях оно не пересекало границы, но было бы возможно ближе к ней. Действующая система регулирования уменьшает амплитуду колебаний качества продукции и, теоретически, оператор может приблизить задание качества ближе к границе и, тем самым, снизить затраты, не боясь потерпеть убытки из-за снижения сортности продукции. На практике действия оператора по изменению задания качеству продукции при работе системы регулирования и степень этого изменения определяют эффективность рассматриваемой системы.
2. Существуют нормативы потребления материальных и энергетических ресурсов автоматизируемым объектом. Система автоматизации контролирует, вычисляет и выдает оператору текущие данные о расходах материальных и энергетических ресурсов управляемым им объектом. Использование этой информации оператором для оперативной коррекции режима работы объекта и степень ее использования определяют эффективность рассматриваемой системы.
Проведение специальных промышленных экспериментов по выяснению отдельных аспектов функционирования систем автоматизации.
В ряде случаев для объективной оценки качества и эффективности работы систем автоматизации целесообразно проводить специальные обследования, заключающиеся в целенаправленных, достаточно кратковременных изменениях режима работы объекта автоматизации или режимов/настроек систем управления и фиксации показателей его работы в разных режимах или в разных вариантах управления. Особенно важно проводить такие обследования для объективной оценки тех изменений показателей производства, которые возникают из-за функционирования систем автоматического регулирования и по значениям которых можно оценить экономический эффект работы этих систем.
Практическое определение изменения значений любых показателей производства, связанных с работой системы автоматического регулирования на производственном объекте, содержит ряд трудностей. Все они обусловлены тем, что требуют сопоставления по значениям этих показателей двух режимов работы объекта, отличающихся только тем, что при первом, базовом (ручном) режиме исследуемая система автоматического регулирования отключена, а во втором, автоматизированном режиме она работает. Однако, поскольку эти режимы могут функционировать только последовательно во времени, то гарантировать их идентичность по всем характеристикам и свойствам, за исключением функционирования системы автоматического регулирования, никак нельзя. Более того, можно с уверенностью сказать, что в подавляющем большинстве случаев значения различных режимных величин в разные интервалы времени различаются в большей или меньшей степени в силу целого ряда причин.
К основным причинам можно отнести:
- случайные колебания качества материальных потоков, поступающих в автоматизируемый объект, которые могут носить как стационарный, так и нестационарный характер;
- случайные колебания показателей энергетических потоков, используемых объектом;
- стационарные и нестационарные колебания параметров внешней среды, влияющих на режим работы объекта;
- случайные и детерминированные изменения свойств оборудования объекта во времени;
- проводимые в отдельные моменты времени организационные, технические, технологические мероприятия (никак не связанные с автоматизацией) по повышению эффективности работы объекта.
Все эти причины, в совокупности, приводят к тому, что поведение показателей работы объекта во времени носит характер случайных стационарных или нестационарных процессов. В этих условиях требуется выделить только те изменения показателей, которые обусловлены функционированием анализируемой системы автоматического регулирования. Существует несколько методов реализации промышленного эксперимента, решающих данную задачу при различных типах возмущений и производственных ограничений. Ниже приведен один из них, имеющий достаточно широкую область применения /1/.
Метод применим для определения изменения показателей производства, связанных с работой систем автоматического регулирования производственных объектов, отличающихся следующими свойствами:
- непрерывный тип производственных процессов,
- случайный характер действующих на объект возмущений,
- случайное стационарное или нестационарное поведение режимных и выходных величин объекта во времени.
Анализируемой величиной, при смене режима функционирования объекта с базового (ручного) на автоматизированный режим, почти всегда считается изменение среднего значения некоторых показателей, которые могут быть переведены в стоимостные значения (например, производительности, качества, сортности выпускаемой продукции, материальных и/или энергетических затрат, себестоимости). Таким образом, это изменение при указанной смене режима функционирования объекта характеризует эффективность работы системы регулирования. Отметим, что обычно задачей системы автоматического регулирования является уменьшение среднеквадратичного разброса регулируемой величины; но оно, либо непосредственно, либо косвенно через смену задания системе регулирования, приводит к изменению средних значений каких-либо основных показателей объекта.
Метод заключается в проведении специального промышленного эксперимента, состоящего из чередующейся во времени последовательности включений и отключений исследуемой системы автоматического регулирования. Это дает возможность за достаточно короткое время практически оценить с необходимой точностью показатель эффективности автоматического регулирования в реальных условиях действующего промышленного производства.
Искомые параметры эксперимента: общая его длительность и число переключений по смене режима (или интервал времени работы объекта в каждом режиме) определяются заданной погрешностью оценки показателя эффективности.
Во время проведения эксперимента на работу объекта установлены следующие ограничения:
- объект выпускает один и тот же вид продукции,
- не происходит резкой, имеющей характер разового скачка, смены качества материальных и энергетических ресурсов.
Следует сразу отметить, что проведение такого эксперимента требует определенной организационной работы и некоторых затрат. В частности, важно, чтобы отдельные интервалы эксперимента приходились на смены разных операторов, что позволяет усреднить влияние их квалификации на результаты эксперимента.
Как показано на рис. 1, общая длительность эксперимента состоит из чередующихся n1 интервалов работы объекта в базовом (обычно, ручном) режиме и n2 интервалов работы в автоматизированном режиме. Длительность каждого интервала принимают одинаковой и равной DT. Общая длительность всего эксперимента равна: T = DT(n1 + n2)
Заключение.
Основные причины необходимости периодического независимого внутреннего и/или внешнего аудита действующих средств и систем автоматизации на производстве обобщены ниже:
- с помощью аудита определяются объективные текущие характеристики систем контроля и управления производственными процессами: точность определения технико-экономических показателей производства; эффективность систем автоматизированного управления; качество работы операторов, администраторов систем, персонала КИПиА;
- аудит своевременно сигнализирует о физическом и моральном износе отдельных средств контроля и управления, о необходимости корректировки отдельных прикладных программ в связи с изменившимися свойствами производственных процессов, о квалификационных недостатках отдельных групп управляющего персонала;
- проводимое во время аудита сопоставление текущих характеристик систем контроля и управления с аналогичными характеристиками за прошлые интервалы времени позволяет выявить нежелательные изменения в системах, определить причины их появления и наметить меры по их устранению.
В целом, аудит позволяет в течение всего времени эксплуатации систем автоматизации поддерживать их максимально возможную эффективность функционирования.
Следует подчеркнуть отдельную, немаловажную причину необходимости обращения руководства предприятия в определенные моменты времени к внешнему аудиту: последний позволяет проверить качество и объективность выводов проводимого внутреннего аудита систем автоматизации, оценить его и указать на те его возможные недостатки, которые дают неполную и/или искаженную картину эффективности работы действующих систем автоматизации.
Литература:
1. И. Н. Минскер, Э. Л. Ицкович. Методы анализа АСУ химико-технологическими процессами. Химия. 1990.
