Надежность системы управления и предложения

По ее повышению

 

Для расчета надежности автоматического управляющего устройства необходимо знать [3]:

1) типы элементов, входящих в изделие;

2) число элементов каждого типа;

3) интенсивность отказов элементов l _i входящих в изделие.

Выполнению расчетов предшествует составление таблицы по форме 4.1.

Данные выписывают по группам: преобразователи, регуляторы, исполнительные механизмы, регулирующие клапаны, линии связи, реле, разъемы, переключатели, предохранители, соединения, провода, источники питания, электродвигатели, управляющие вычислительные комплексы и т.д.

Если элемент, узел или блок управляющего устройства рассчитывали в данном проекте, то значения температуры и коэффициента нагрузки выбирают из специально составленной ведомости режимов работы элементов. Если таких данных нет, то температуру принимают номинальной для данного элемента, а коэффициент нагрузки k _н = 1.

 

Таблица 4.1

 

Данные для расчета надежности системы автоматического управления

 

№ п/п	Наименование и тип элемента	Обозначение по схеме	Число элементов ni	Интенсивность отказа номинальная l0 i ×10^6,1/ч	Поправочный коэффициент	Режим работы	Поправочный коэффициент ai	Интенсивность отказов действительная
коэффициент нагрузки k н	температура, °С	для одного элемента ai ×l0 i ×10^6, 1/ч	для элементов ni × ai ×l0 i ×10^6, 1/ч

 

Интенсивность отказа элемента с учетом условий эксплуатации определяют по формуле:

, (4.1)

где l_{0 i} – номинальная интенсивность отказов; a_i -поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрического режима и температуры; k_i - поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических факторов и окружающей среды (табл. П1.2 и П1.3 приложения).

Номинальные значения интенсивности отказов определяют при нормальных условиях эксплуатации: температуре + 25 ± 10° С, относительной влажности 45... 80 %, атмосферном давлении 98 кПа, отсутствии механических воздействий и агрессивной газовой среды, номинальном электрическом режиме.

Коэффициент нагрузки k _н оценивает электрический режим работы элемента и определяется отношением значения параметра в рабочем режиме к номинальному значению параметра.

Надежность электронного узла, блока и СУ в целом определяется вероятностью безотказной работы (ВБР) и средней наработкой на отказ.

Вероятность безотказной работы

 

, (4.2)

 

где l_S - интенсивность отказов устройства; t ₀ - время, для которого определяется интенсивность отказов (1 год).

Интенсивность отказов устройства

, (4.3)

 

где l _i – интенсивность отказов i -го элемента; n_i - количество i - х элементов (число элементов в группе); k - число групп элементов.

Интенсивности отказов некоторых элементов системы автоматического управления приведены в таблице П1.1 приложения.

Величина t ₀ определяется цикличностью плановых ремонтов и технологическими условиями. Например, для предприятий энергетики она равна одному году.

Автоматика считается надежной, если Р ³ 0,9.

Средняя наработка на отказ

 

Т _ср = 1/l_S. (4.4)

 

Это время должно быть по крайней мере больше, чем 10 t ₀.

Предложения по повышению надежности и надежность системы после реализации предложенных мероприятий. Если расчетные характеристики надежности уступают требуемым, то необходимо принять меры к повышению надежности. Для этого необходимо:

· выявить по таблице 4.1 наименее надежные элементы схемы и постараться их заменить эквивалентными по назначению и параметрам, но более надежными элементами;

· разработать несколько конкурирующих вариантов принципиальной схемы и сопоставить их по надежности;

· предусмотреть возможность быстрой замены наименее надежных узлов сменными блоками;

· предусмотреть в проекте средства контроля параметров отдельных элементов и узлов;

· предусмотреть в проекте специальные устройства быстрого определения и индикации неисправностей.

Кроме того, целесообразно предусмотреть следующие специальные меры повышения надежности:

· использование отдельных элементов СУ в облегченных режимах;

· тренировку элементов перед установкой в изделие;

· резервирование.

Экономическая часть

 

В экономической части проекта необходимо привести спецификации на оборудование и материалы, сметы на их приобретение и монтажно-наладочные работы, расчет капитальных затрат и затрат на изготовление нестандартного оборудования. Если проектируемый объект не был ранее автоматизирован, то необходимо рассчитать эффект от его автоматизации. Если автоматизация может быть осуществлена по нескольким вариантам, то следует выбрать наиболее выгодный вариант.

Спецификация на оборудование и материалы. Для определения количества и стоимости оборудования составляют ведомости и заказные спецификации. Ведомости составляют на стадии разработки технического проекта, спецификации – на стадии разработки рабочей документации. В учебном проекте такой документ составляют один раз и называют его спецификацией.

Спецификация состоит из следующих разделов:

· приборы и средства автоматизации;

· средства вычислительной техники;

· электроаппаратура;

· трубопроводная арматура;

· щиты и пульты;

· нестандартное оборудование;

· кабели и провода;

· монтажные материалы и изделия.

Спецификацию составляют по форме, приведенной в приложении.

Приборы и средства автоматизации располагают в следующем порядке: первичные преобразователи и измерительные приборы (по параметрическим группам), задатчики, регуляторы, усилители, исполнительные элементы, средства релейно-контактной автоматики, логические устройства, машины централизованного контроля и управления, комплектные устройства, вспомогательные устройства, средства сигнализации и защиты.

Кабели и провода записывают в спецификацию в следующем порядке: силовые кабели, контрольные, экранированные кабели и провода, сигнальные, установочные и компенсационные провода.

Сметы на оборудование и монтаж, расчет капитальных затрат. Капитальные вложения на автоматизацию рассчитывают по формуле

К = К_пр + К_а + К_м,н + К₀ + К_с + К_т + К_э, (4.5)

где К_пр -затраты на составление проекта; К_а - стоимость средств автоматизации с учетом транспортно-заготовительных расходов; К_м,н - затраты на монтаж и наладку системы автоматизации; К₀- потери от ликвидации высвобождаемого оборудования; К_с - стоимость строительных работ, связанных с реконструкцией, вызванной автоматизацией производства; К_т и К_э - балансовая стоимость технологического и энергетического оборудования, необходимого для автоматизации процесса!.

Затраты на составление проекта определяют на основании действующего сборника цен на проектные работы. В дипломном учебном проекте их принимают равными 3 %сметной стоимости оборудования, проектных и наладочных работ. Сметную стоимость проекта определяют на основании ценников и прейскурантов или по укрупненным сметным нормам, где приведены нормы на 100 приборов или щитов определенной группы и на 1 км проводки.

В прейскурантах указана стоимость оборудования и материалов в действующих ценах. В ценниках приводятся материалы для определения объема и стоимости монтажных и наладочных работ.

При укрупненных расчетах затраты на монтаж принимают в размере 10... 20% сметной стоимости средств автоматизации.

Надо также иметь в виду, что после суммирования всех затрат по смете следует учесть транспортно - заготовительные и складские расходы, которые составляют 7... 8% стоимости оборудования, и плановые накопления монтажных организаций, которые составляют 6% стоимости монтажно -наладочных работ.

Общие затраты по смете

К_см = К_а + К_м,н .

Таким образом, смета определяет суммарные затраты на приобретение оборудования, его монтаж и наладку. С учетом сказанного

К = 1,03(К_см + К_с + К_т + К_э) + К_о. (4.6)

Для определения затрат на нестандартное оборудование или в том случае, когда систему целиком заказывают заводу-изготовителю, капитальные затраты определяют по следующей методике.

1. Стоимость материалов М и покупных изделий М'. Эти расчеты ведут по прейскурантам в соответствии с ранее составленной спецификацией.

2. Заработная плата на изготовление устройства

З_о = 1,2(М + М') k _з.п, (4.7)

где k _з.п - коэффициент, учитывающий удельный вес заработной платы в себестоимости аналогичных изделий (приведен ниже).

Группа прибора или изделия k _з.п

Устройства автоматизации и управления 0,67

технологическими процессами

Устройства телемеханики 0,68

Электроизмерительные приборы 0,36

Приемники и передатчики 0,26

Вычислительные устройства 0,21

3. Отчисления на социальное страхование

О_с = 1,044З_о. (4.8)

4. Цеховые расходы

НР_ц = 1,2З_о. (4.9)

5. Общезаводские расходы

НР_з = 0,7З_о (4.10)

6. Производственная себестоимость устройства

С_з = М + М' + З_о + О_с + НР_ц + НР_з. (4.11)

7. Полная себестоимость изготовления устройства с учетом вне-производственных расходов

С_п = 1,04С_з. (4.12)

8. Оптовая цена системы с учетом плановой прибыли предприятия-изготовителя

Ц = 1,15С_п. (4.13)

Если изготовление устройства требует затрат на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, перестройку производства и приобретение нового оборудования, то себестоимость соответственно увеличивается, укрупненно коэффициент увеличения себестоимости принимают равным 1,2.

Затраты на нестандартное оборудование включают в общую смету.

Потери, связанные с ликвидацией выбывающего оборудования, если оно не может быть полностью реализовано, определяют по формуле

К_о = К_в.оТ(1 - Н_а/100) - К_л + З_д, (4.14)

где К_в.о - первоначальные капитальные затраты на выбывающее оборудование; Т -продолжительность эксплуатации оборудования, лет; Н_а – годовая норма амортизации, %; К_л - сумма, вырученная от реализации оборудования; З_д -затраты на демонтаж оборудования.

Если срок амортизации оборудования закончился (Н_аТ > 100 %) или если остаточную стоимость оборудования удалось реализовать, то К_о определяется лишь затратами на демонтаж.

Затраты на строительные работы, связанные с реконструкцией помещений, вызванной автоматизацией производственных процессов, а также затраты, связанные с необходимостью использования части помещения для размещения средств автоматизации, определяют по формулам

(4.15)

где Ц_зд и Ц'_зд - стоимость единицы объема или площади зданий и сооружений с учетом систем отопления, освещения, вентиляции, канализации и других инженерных систем. Их определяют по материалам проектно-сметной документации на здание, в котором устанавливают систему автоматики.

Если технологическое и энергетическое оборудование носит общепроизводственный характер (котельная, трансформаторная подстанция, генератор и т.д.) или предназначено для изготовления многих типоразмеров изделий (универсальные станки, электротермическое оборудование и т.д.), капиталовложения по данному процессу или продукту можно определить по формуле

К_пр = (К_т + К_э)m, (4.16)

где m – коэффициент занятости оборудования в данном технологическом процессе, для изготовления данного изделия, для выращивания данной культуры.

Коэффициент занятости определяется отношением годового объема работ (времени или энергетических затрат) по созданию (выращиванию, изготовлению) данного вида продукции к общему объему работ, выполняемому ценным оборудованием (продолжительности общей загрузки, суммарным затратам энергии).

Коэффициент занятости в ряду случаев используют и применительно к стоимости строительных работ.

Расчет экономической эффективности автоматизации технологического процесса. В сфере действующего производства объектом сравнения должна служить техника, применяемая на данном предприятии. Если же целью разработки является предложение, рекомендуемое для массового выпуска и предназначенное для автоматизации многих предприятий, то в качестве базовой следует принимать лучшую отечественную или зарубежную технику. При расчетах необходимо соблюдать принцип сопоставимости, то есть все расчеты вести для одинаковых условий производства.

Годовой экономический эффект

Э_г = [В_н - (С_н + ЕК_н)] - [В_б - (С_б + ЕК_б)], (4.17)

где В_н и В_б - стоимость валовой продукции соответственно в новом и базовом вариантах; С_к и С_б - себестоимость продукции в новом и базовом вариантах; К_н и К_б - капитальные затраты в новом и базовом вариантах; Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Е = 0,15).

Стоимость валовой продукции в любом случае определяется по формуле

В = Ц Q, (4.18)

где Ц – цена продукции; Q – ее количество.

Если эффект достигается за счет повышения продуктивности, то Q_н > Q_б, если при автоматизации повышается качество продукции и она переходит из одного сорта в другой, то Ц_н > Ц_б.

В общем случае, когда получаемая продукция бывает нескольких сортов,

, (4.19)

где i – порядковый номер сорта; п – число сортов,

При этом необходимо иметь сведения о том, сколько продукции каждого сорта производилось до и после автоматизации.

Прибыль предприятия от реализации продукции равна разнице между стоимостью валовой продукции и ее себестоимостью:

Ч = В - С.(4.20)

Срок окупаемости

Т_ок = (К_н - К_б)/(Ч_н - Ч_б), (4.21)

где Ч_н и Ч_б - прибыль, которая будет получена при реализации нового варианта, и прибыль, получаемая при эксплуатации базового варианта.

Максимально допустимый срок окупаемости капитальных затрат 8,3 года.

Результаты экономических расчетов сводят в таблицу 4.2. Таблицу 4.2 необходимо оформить в виде плаката и представить наряду с другими графическими материалами к защите дипломного проекта. Основная надпись (угловой штамп) к плакату приклеивается (изображается) на обратной стороне листа.

Таблица 4.2

 

Результаты экономических расчетов

 

Показатели	Единица измерения	Варианты	Отклонения
базовый	проектируемый
Производство продукции	т
Стоимость реализованной продукции	руб.
Капитальные затраты	руб.
Затраты труда на 1 руб. стоимости продукции	ч
Амортизационные отчисления	руб.
Отчисления на текущий ремонт	руб.
Затраты на электроэнергию и топливо	руб.
Затраты на материалы	руб.
Себестоимость	руб.
Приведенные затраты	руб.
Годовой экономический эффект	руб.
Прибыль	руб.
Срок окупаемости	лет