Контрольные карты шухарта позволяют отследить проблемы с процессами и оборудованием на ранней стадии до того, как будет достигнута граница аварийного состояния.

 

DEMING.PRO

 ВариабельностьАвтоматизация

АСУ ТП: ошибки первого и второго рода

 

Операторы АСУ ТП в попытках управлять процессами постоянно совершают ошибки первого и второго рода, не понимая как различить шум от сигнала, понижая экономическую эффективность управляемых процессов и увеличивая вероятность аварийных происшествий.

 

Материал подготовил: Григорьев С. П.

 

 

 

Знаниям нет замены. Но перспектива использования знаний пугает.

 

- [2] Эдвардс Деминг

 

 

 

Программные продукты АСУ ТП и АУСиД таких компаний, как Siemens, GE и др., уже используют интегрированные модули статистического управления процессами (разделяющие естественную вариабельность процесса и неестественную, вызванную особыми причинами), основным инструментом которого являются контрольные карты Шухарта. Но и эти компании не смогли заметить главные преимущества статистических методов управления процессами "выше по течению", используя их лишь в модулях контроля качества результирующей многофакторных производственных процессов. Любой агрегированный показатель (результирующая) скрывает сигналы в данных источников вариабельности, превращая их в шум на уровне результирующей, тем самым лишая персонал возможности видеть то, чем необходимо заняться для улучшения технологических процессов в первую очередь. В то же время, любые реактивные действия оператора АСУ ТП или автоматических регуляторов на шум - является ошибкой первого рода, лишь ухудшающие положение дел. Важно понимать, что на высоком уровне агрегированности в виде сигналов будут заметны только катастрофические изменения (Э. Деминг).

 

 

 

Поиск «выше по течению» — мощный рычаг в решении проблем смесей компонентов.

- Билл Шеркенбах,

Ford Motor Company, General Motors.

 

 

 

Системным помощником в поиске и устранении особых причин выхода технологических процессов из-под контроля (из статистически управляемого состояния) должно служить наглядное отображение контрольных карт в интерфейсе оператора для всех выявленных элементов причинно-следственной связи. Причем состояние статистической управляемости отслеживаемых показателей причин (факторов) может оцениваться как по данным, поступающим от датчиков, так и, по данным других, регистрирующих события в режиме онлайн-подсистем (например, входной контроль качества сырья и материалов, данные испытательной лаборатории и межоперационного контроля).

 

 

Более того, методы статистического контроля позволяют выявить присутствие факторов (общих и особых причин вариабельности) не отслеживаемых вашими АСУ ТП, но значительно влияющих на размер вариабельности и стабильность технологических процессов. Такие факторы должны быть операционально определены, им должны присваиваться метрики для контроля в АСУ ТП.

 

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

 

Рис. 1. Причинно-следственная связь результирующих данных датчиков АСУ ТП. Красным цветом отображаются точки сигнализирующие о выходе процесса из статистически устойчивого состояния, независимо от степени достижения предупредительных или аварийных границ.

 

 

Абсолютное большинство автоматизированных систем управления технологическими процессами и инженерными сетями (АСУ ТП, АСУиД, Process Control System), используемые в промышленности, не оснащены программно-аналитическими модулями статистического управления процессами (Statistical Process Control, SPC), а операторский персонал не обучен этим методам управления.

 

Это приводит к тому, что операторы в попытках управлять процессами постоянно совершают ошибки первого и второго рода, не понимая как различить естественную вариабельность статистически управляемого процесса (шум) от неестественной (сигнала), последняя обусловлена выходом процесса из-под контроля под действием особых причин.

 

Правильно применяемые контрольные карты Шухарта операционально точно отделяют шум от сигналов, выявляя индивидуальную сигнатуру сбоев в работе оборудования и технологических процессов, и не требует установки вымышленных граничных значений. Например, о проблеме, свидетельствующей об отсутствии таких знаний сообщила компания OSyS (Optimized Systems and Solutions, является дочерней компанией Rolls-Royce), которая специализируется на предоставлении СППР для мониторинга и оптимизации высокоценных активов:

 

"При анализе параметров производительности специалисты компании OSyS столкнулись с тем, что им приходилось задавать либо слишком узкие граничные значения, и тогда резко увеличивалось количество оповещений, либо значения слишком широкого диапазона, и тогда получалось, что значения в оповещении не соответствуют требуемым пределам. Однако технические средства, знания и навыки анализа помогли им создать сигнатуру сбоя для всевозможных потоков данных, которые могут поступать с оборудования". - Источник: iot.ru

 

 

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

 

Рис. 2. ВКГ и НКГ - верхняя и нижняя контрольные границы, полученные расчетным путем из анализа исторических данных анализируемого процесса с присущей ему вариабельностью.

Литература: Правила построения контрольных карт Шухарта смотрите в ГОСТ Р 50779.42-99 (ИСО 8258-91) - [11.1]  Статистические методы. Контрольные карты Шухарта.

Статья: Правила определения отсутствия управляемости по контрольным картам.

 

Ошибка первого рода (зарегулированность) , смотрите Рисунок 3., проявляется в виде постоянного ручного или автоматического вмешательства в процесс, находящийся в статистически управляемом состоянии, путем его регулирования в соответствии с правилами: 2,3 и 4 эксперимента с воронкой, при достижении им аварийных границ (границ начала регулирования, предельных величин). По сути это реагирование на шум в данных, как на сигнал. Точки внутри пределов контрольной карты Шухарта однородны и не отличаются друг от друга, несмотря на видимое отличие в значении этих данных, если эти точки не выходят за контрольные границы или не образуют структуры, свидетельствующие о наличии особых причин вариаций. Правила определения таких структур в данных часто называют зональными критериями Western Electric.  Реактивное вмешательство в процесс, находящийся в статистически управляемом состоянии (не демонстрирующий признаков наличия особых причин вариабельности) путем его регулирования приводит к еще большей вариабельности (разбросу выходных данных вокруг среднего значения) если жизненное пространство процесса позволяет это или к распределению данных близким к равномерному в пределах границ автоматического реагирования если жизненное пространство процесса ограничено этими границами, что скрывает от наблюдателя естественную природу процесса, а значит возможности улучшения таких процессов значительно сокращаются.

 

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Рис. 3. Ошибка первого рода - зарегулированность. Граница начала регулирования оператором или автоматикой расположена внутри контрольных пределов процесса

 

 

Ошибка второго рода, смотрите Рисунок 4., заключается в бездействии операторов (недостаточное управление протекающими процессами), когда процесс выходит из состояния статистической управляемости (становится непредсказуемым), но все еще не пересек предельные границы допусков установленные к нему аварийных границ (границ начала регулирования, предельных величин). Ошибкой второго рода будет любое рассуждения о потенциальных возможностях процесса находящегося в статистически неуправляемом состоянии.

 

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

 

Рис. 4. Ошибка второго рода - недостаточное управление (бездействие). Граница начала регулирования оператором или автоматикой расположена вне (выше или ниже) контрольных пределов процесса. Процесс вышел из-под контроля, но никто не реагирует на это.

 

 

Применение классического автоматического регулирования в АСУ ТП, ПИД-регуляторов, игнорирует знания о вариабельности любых технологических процессов, и не решает проблему ошибок 1-го и 2-го рода. Применение таких автоматических регуляторов или ручного регулирования процесса, может быть эффективным только для процессов, находящихся в статистически неуправляемом состоянии, смотрите Рисунок 4. Но скорее всего, из-за ошибки второго рода, заложенной проектировщиками автоматики АСУ ТП и отсутствия необходимых знаний у технологов, необходимое регулирование не будет применено до достижении этим процессом границ регулирования.

 

Незнание, как минимизировать риск совершения ошибок первого и второго рода, приводит к потерям, а иногда к серьезным последствиям.

 

Более приземленно об ошибке первого рода описано в статье "Концепция вариабельности и управление технологическими процессами". Авторы Нецветаев А. Г., Рубаник Ю. Т., Михальченко В. В.

 

Для оперативного диагностирования (анализа статистической управляемости, предсказуемости) процесса и принятия необходимых мер к нему, избегая ошибок первого и второго рода, могут быть использованы данные "голоса" любого технологического процесса, собираемые автоматизировано или вручную. данные вибрации (вибродиагностика), зазора, расхода, уровня жидкости, давления, температуры, влажности, газового анализа, положения, скорости, силы, вязкости, плотности, твердости, радиоактивности, размера, освещенности, запыленности, концентрации, наличия и количества примесей,  трибодиагностики, кислотности, загрязненности, акустических измерений, электрических измерений и др. измерения;

данные о частоте событий, происшествий, любые количественные данные.

 

 

Задаче АСУ в оперативном диагностирование состояния технологического оборудования с применением контрольных карт Шухарта, посвящена глава [15] Учебно-методического пособия "ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ" Томского политехнического университета.

 

 

Вывод

 

Не игнорируйте природу вариабельности.

Интегрируйте в АСУ ТП и АСУиД интеллектуальные методы статистического управления процессами (Statistical Process Control, SPC).

 

 

Предложение

 

Мы готовы оказать помощь разработчикам АСУ ТП по интеграции методов SPC, обучению и поддержке обслуживающего персонала.

Открытые решения

Технический нокаут конкурентов

Нормирование производственных процессов

Использование KPI в системе мотивации

Премирование сотрудников

АСУ ТП. Ошибки первого и второго рода

Построение контрольных карт по неадекватным единицам измерения ведет к ошибочным выводам

Анализ количества исходящих контактов отдела продаж

Управление на основе страха

KPI в управлении качеством

Качество или количество?

Сравнение среднемесячных значений с нормативами для индивидуальных измерений - невежество

Достаточно ли анализа гистограмм распределения? Начинайте с построения контрольных карт Шухарта

Проблемы применения таблиц выборочного приёмочного контроля качества

Деньги есть, знаний не надо - обычная практика доминирующего стиля менеджмента

Субоптимизация на цифровой модели - иллюзия улучшений

Соответствующая спецификации продукция действительно соответствующая?

Правильные и неправильные пути использования полей допусков. Следует ли сортировать продукцию относительно полей допуска на дефектную и бездефектную или пытаться настраивать процесс?

Новые станки, роботизация и приспособления – не панацея!

 

 

 

 

Фундаментальные знания

14 пунктов программы доктора Э. Деминга для менеджмента

Система глубинных знаний. Deming's System of Profound Knowledge (SoPK)

Смертельные болезни и препятствия на пути к преобразованиям

Биографические данные Эдвардса Деминга

Предостережение Э. Деминга в предисловии к его книге «Выход из кризиса»

Вопросы в помощь менеджменту компаний от Эдвардса Деминга

Природа вариабельности

Преобразование и непрерывное совершенствование системы закупок

Эксперимент Э. Деминга с красными бусинами. Dr. Deming's Red Bead Experiment

Эксперимент Э. Деминга "Воронка и мишень". Dr. Deming's Funnel Experiment

Операциональные определения (operational definition)

Всё или ничего вместо использования таблиц для выборочного приемочного контроля

Управление по целям (MBO), что не так?

Система мотивации персонала

О вреде премирования

Бессмысленность поиска примеров

Ошибочная привлекательность конкуренции

Вирусная теория менеджмента

Концепция вариабельности в процессах организационного управления

Концепция вариабельности и управление персоналом

Концепция вариабельности и управление технологическими процессами

Не путайте удачу с успехом

Правила определения отсутствия управляемости по контрольным картам Шухарта

Контрольные карты для альтернативных данных (подсчётов) p-карта, np-карта, C-карта и u-карта или XmR-карта индивидуальных значений?

Теги статьи

Недостатки классических автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), APCS, Составными частями АСУ ТП, системы автоматического управления (САУ), Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ), автоматизированные устройства. Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), распределенные системы управления (DCS), системы противоаварийной защиты (ESD), системы на программируемых логических контроллерах (PLC). Ошибки первого и второго рода совершаемые операторами АСУ ТП, отличие сигнала от шума в данных АСУ ТП, АСУ ТП нового поколения, Контрольные карты Шухарта, статистический контроль интегрированный в АСУ ТП, статистическое управление процессами, SPC, Statistical Process Control.

 Контрольные карты Шухарта  SPC SOFTWARE

Самые эффективные и доступные инструменты статистического управления процессами (Statistical Process Control, SPC):

E-mail: info@deming.pro

Тел.: (812) 679-79-71

Россия, Санкт-Петербург

Центр инновационного менеджмента Э. Деминга и Статистического управления процессами

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

АСУ ТП: Причинно-следственная диаграмма по датчикам (измерительным приборам)

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса

Контрольная карта Шухарта для статистически управляемого процесса: граница регулирования в пределах 6 сигма. Ошибка первого рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.

Контрольная карта Шухарта для статистически неуправляемого процесса: граница регулирования для непредсказуемого процесса. Ошибка второго рода.