Уровень (степень) автоматизации (англ. Levels of Automation, LOA) — (1) текущее или планируемое состояние автоматизации, описываемое технически, функционально автоматизируемыми функциями контроля и управления; (2) это формализованная, выраженная числом степень роботизации выполняемых операций или независимость автоматизированного комплекса от человека; (3) уровень автономности системы.
Существует обоснованное мнение, что единого метода оценки уровня автоматизации, тем более в процентах — не существует.
Тем не менее, может описываться качественно и количественно, а так же в рамках контекстуальных и неконтекстных категорий и может быть систематизирован. Для точности таких оценок требуется аудит всей системы, инфраструктуры или структуры. Понятие используется достаточно широко и охватывает различные сферы, от механической торговой системы в трейдинге до разработок в ракетно-космической отрасли. В промышленности тесно связано с технологическими, производственными возможностями и реализацией бизнес-процессов в соответствующих системах: автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП); автоматизированная система управления производством (АСУП) и автоматизации бизнес-процессов.
Качественные описания достаточно быстро устаревают (в некоторых в академических источниках даются только общие оценки о степени загрузки рабочего персонала, гибких производствах и роботизации), но в деловой практике применяются уже более детальные количественные представления, основанные на анализе информационной инфраструктуры, производства и методики шкалирования.
Оценка состояния уровня автоматизации так же деловых процессов, корпоративных-информмационных систем (КИС) или систем автоматизации является важным звеном в анализе для развития и понимания ситуации. Наиболее всего такие оценки доступны в форме рациональных результатов.
Соответствие между количественной и качественной оценкой уровня (степени) автоматизации существуют в стандартах:
- Системы автоматизированного проектирования
- Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении.
- Классификация и определения терминов, связанных с автоматизированными системами автономных транспортных средств.
Согласно стандарту ГОСТ 23004-78 выделяют следующее соответствие категорий и количественных значений:
- 0 — Нулевая при отсутствии механизации (автоматизации) процесса
- 1 — Низшая Св. 0,00 до 0,25
- 2 — Малая » 0,25 » 0,45
- 3 — Средняя » 0,45 » 0,60
- 4 — Большая » 0,60 » 0,75
- 5 — Повышенная » 0,75 » 0,90
- 6 — Высокая » 0,90 » 0,99
- 7 — Завершенная 1,00
Для систематизации уровня автоматизации так же используют множество других шкал.
Виды оценок автоматизации
Можно разделить по типу оцениваемых объектов автоматизации:
- информационных или автоматизированных систем
- компании
- предприятия производства
- автономные устройства
По типу предмета автоматизации:
- бизнес-процессов
- программно-технических средств(ПТС) систем автоматизации
- взаимодействия с человеком
По типу расчетных или экспертных оценок:
- Шкалирование
- Расчет коэффициентов
- Смешанные подходы
Анализ объекта и подсчет параметров автоматизации
Моделирование уровня (степени) автоматизации, в целом для систем является важной количественной характеристикой, которая служит наглядным отражением уровня развития предприятия, подразделения, степени взаимодействия процессов и т. д. и является показателем оснащенности современным оборудованием, внедрения передовых технологий и применения эффективных решений. В частности, может отражать уровень обеспечения современными программно-техническими средствами (ПТС), применения интеллектуальных систем, разработанных математических моделей, алгоритмов, программного обеспечения и других новых функциональных возможностей, направленных на сокращение непосредственного участия человека в производственных процессах. Оценка состояния (промышленный аудит, ИТ-аудит) таких объектов или системы является важным звеном для достижения эффективных результатов при развитии и эксплуатации.
Производственный объект или компания
В иерархических структурах управления используется многоуровневое построение систем сбора обработки, передачи и отображения информации с целью контроля и выработки управляющих решений. Данные поступают с нижних уровней и ключевая информация для принятия решения и контроля концентрируется на верхних уровнях. Так же в некоторых структурах (подструктурах) присутствую горизонтальные связи с не выраженной подчиненностью, как правило они ранжируются по значимости относительно друг друга.
В зависимости от типа структуры и ситуации, которая нас интересует уровень автоматизации может рассчитываться линейно по горизонтальным связям, либо с учетом более сложных зависимостей с подчинением и ранжированием элементов в иерархии, как среднее арифметическое или среднее взвешенное.
Автоматизация информационных или автоматизированных систем
В качестве объекта могут выступать технические, организационные, биологические и другого рода иерархические системы и структуры. В частности, в технической сфере это может иметь место в промышленной автоматизации для систем автоматизированного управления (АСУ), различных АСОДУ, АСУ ТП и т. п., начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации; для телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, как экспертиза сетевой и ИТ инфраструктуры, операторов связи и т. д.
В таких системах для определения уровня автоматизации может рассматриваться состояние системы, выраженное в количественных единицах. Уровню (степени) автоматизации ставится в соответствие расчетный интегральный коэффициент автоматизации предприятия.
Для АСУ ТП Интегральный Ka является количественной характеристикой, отражающий уровневое построение путем учета различных коэффициентов на каждом уровне иерархии системы управления. Выделяют главный показатель, как доля фактических контролируемых параметров к возможному нормативному. Подобным образом поступают для систем технологической подготовки производства, как отношение задач(подсистем) к общему числу систем;
При подсчете коэффициентов так же учитываются критерии функциональности и любые технические условия: экспертно сопоставляются с возможным набором значений для программно-технических средств. Для этого определяются критерии, либо документ или стандарт по классам автоматизации и характеристикам для данных средств. Подобную формализацию так же используют для оценок уровня автоматизации бизнес-процессов.
Полученные коэффициенты учитывают со свои весом. Для получения такого вектора приоритетов используются различные методы экспертных оценок, расчетов и моделирования.
Автоматизация бизнес-процессов
При подсчете уровня автоматизации бизнес-процессов учитываются следующие показатели:
- формализация бизнес-процессов;
- наличие аппаратного и программного обеспечения;
- наличие и использование средств интеграции программного обеспечения для совместной работы в приложениях различных подразделений предприятия;
- согласованность программно-аппаратных элементов АИС с экономическими задачами и др.
Автоматизация автономных структур
Международной организацией «Сообщество Автомобильных Инженеров» Society of Automotive Engineers (SAE), стандартизовано шесть уровней автономности (Standard J3016):
- Уровень 0: отсутствие автоматизации
- Уровень 1: помощь водителю
- Уровень 2: частичная автоматизация
- Уровень 3: условная автоматизация
- Уровень 4: высокая автоматизация
- Уровень 5: полная автоматизация
Применение метода анализа иерархий
Метод анализа иерархий (МАИ) используется для получения оценки с множеством критериев влияния на заданную цель. В МАИ предлагается сравнивать элементы попарно по силе их влияния aij=ki/kjaij=ki/kj на сформулированную цель, поместить числа, отражающие достигнутое при сравнении согласие во мнениях, в матрицу A и найти собственный вектор с наибольшим собственным значением λmax. Собственный вектор отражает значения и упорядочение приоритетов, а собственное значение является мерой согласованности суждений. Для АСУ ТП критериями являются уровни автоматизации — коэффициенты на каждом уровне от 0-го до 3-го, а целью является их вклад в интегральный уровень автоматизации предприятия
Уровневая модель весовых коэффициентов
Другое представление рассматривается в «уровневая модель весовых коэффициентов», для которой в силу построения нет рассогласованности экспертных оценок, как наблюдается в методе анализа иерархий. Для получения оценок используются сравнения на каждом уровне с ответом на вопрос: на сколько значим вклад данного уровня в общую степень автоматизации по сравнению с текущими характеристиками автоматизации нижележащих уровней (добавляет информативность, функциональность, оптимизацию). Такая процедура известна в теории принятия решений, как использование информации об относительной важности критериев. Схематично это отраженно в виде дерева на рисунке. Полученный результирующий вектор весов для в виде
для всех уровней (путем перемножения значений весов в вершинах — направление показано разным цветом штриха для 0-го, 1-го и 2-го уровней) является предметом рассмотрения с таким же вектором весов метода МАИ.
Коэффициент автоматизации
Для определения коэффициента уровня автоматизации может использоваться формула:
Оптимальный уровень автоматизации
Оптимальный уровень автоматизации (степень уровня автоматизации) производственных систем может быть получен только в том случае, если будут учтены все соответствующие аспекты производственного процесса и будут достигнуты оптимальные уровни с точки зрения стоимости, производительности, качества и гибкости (согласно методологии института Фраунгофера). Как видно на рисунке 2 , расходы на персонал снижаются пропорционально растущему уровню автоматизации. Вначале экономически оправданные операции автоматизируются в первую очередь, поэтому затраты на автоматизацию растут почти линейно. Кроме того, расходы растут чрезмерно пропорционально из-за возрастающей сложности системы. Следовательно, достижение полной автоматизации приводит к тому, что затраты на автоматизацию возрастают экспоненциально, а расходы на персонал снижаются только линейно, что указывает на более высокую общую стоимость. Для расчета затрат используется подход, при котором учитываются только затраты, которые вносят наибольший вклад.
Отсутствие в обосновании всех издержек при внедрения систем автоматизации, не дает должного представления о прогнозируемых экономических эффектах, а сама по себе автоматизация может оказаться достаточно затратным мероприятием.
Для достижения экономического эффекта при внедрении АСУ, АСУ ТП, роботизации, автоматизации бизнес-процессов требуется оптимизация между всеми затратами и уровнем автоматизации. Оптимальный уровень автоматизации с точки зрения затраты/уровень автоматизации, как правило будет располагаться ниже 100% автоматизации и бывает даже на уровне 50%
Применение
Исследования и оценки могут применяться в помощь для принятия решений:
- при наглядном представление и обосновании инвест-проектов: количественные оценки уровня могут давать более полное представление об изменениях и служить дополнительной отчетностью реализации инвест-проектов от фактического состояния к целевому;
- при анализе и принятии решения по оптимизации затрат — сколько требует каждое предприятия финансовых средств для увеличения уровня автоматизации на 1 %, т.е эффективность вложений.
- при подтверждение ТЭО проекта по модернизации систем с учетом конкретных цифр, характеризующих степень автоматизации.
- при переходе на цифровую платформу
Сфера использования
При аналитических и статистических исследованиях, особенно в рамках консалтинга, для составления объективного профиля компании и выбора направления реорганизации/модернизации (вкупе с иными показателями в духе зрелости предприятия). В целом при рассмотрении архитектуры предприятия, что отличает наличие «живых», актуальных показателей.
Для автоматизированных систем диспетчерского управления — АСОДУ, АСУ ТП и др. уровень автоматизации представляется как коэффициент, показатель автоматизации (Ka) технологических процессов. Для систем управления жизнеобеспечением, ИТ инфраструктуры, телекоммуникационных систем, систем проектирования, автоматизации бизнес-процессов и других, как коэффициент автоматизации или коэффициент функциональности с количественным значением от 0 до 100 % или качественными оценками. Для расчета автономности автоматизированных систем в контексте заданных целей их использования.
С помощью данного анализа можно планировать модернизацию систем автоматизированного управления, анализировать степень технического обеспечения производства, делать аудит систем предприятий ЖКХ инженерных систем и т. д. по разным уровням взаимодействия и долей финансовых затрат по ним: начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации. Делать экспертизу сетевой и ИТ инфраструктуры телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, операторов связи, систем ЖКХ и т. д.