Целостный метод – теория и практика

Одним из основных условий эффективного осуществления технологического процесса является оценка качества и эффективности процесса. В соответствии с установленной системой показателей качества производится контроль на соответствие заданным показателям не только выходной продукции, но и входной продукции (входной контроль) и продукции каждого подпроцесса, передела, операции, перехода и т.д. С целью обеспечения соответствия выпускаемой продукции заданным показателям качества функционирует, как правило, система контроля и управления качеством, осуществляемая специальными службами. Ход технологического процесса в промышленности также контролируется соответствующими подразделениями.

Обязательным при создании технологических процессов является применение типовых технологических процессов. Типизация должна «устранять многообразие технологических процессов обоснованным сведением их к ограниченному числу типовых» и является базой для создания стандартов на типовые технологические процессы[54 - ГОСТ СССР 14. 303–73.]. Современной тенденцией является стремление к созданию максимально (полностью) механизированных, автоматизированных, роботизированных технологических процессов.

Одно из наиболее перспективных направлений совершенствования технологических процессов заключается в создании и использовании гибких автоматизированных систем. В таких системах может эффективно реализовываться способность технологических процессов перестраиваться при частом изменении конструкций и свойств выпускаемых изделий. Применение промышленных роботов может решать проблемы комплексной автоматизации на основе применения типовых роботизированных комплексов. Важнейшей неотъемлемой частью современных производств стали автоматизированные системы управления, являющиеся одним из решающих факторов повышения производительности и эффективности технологических процессов.

Целью современных методов проектирования технологического процесса является создание оптимального технологического процесса с известными оптимальными режимами осуществления. При успешном решении этой задачи управление технологическим процессом сводится к стабилизации расчетных режимов. В ходе управления технологическим процессом возникают задачи корректировки заданных режимов по разным причинам: старение оборудование, влияние сезонных атмосферных условий, существенное изменение характеристик сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и т.д. В этом случае производится расчет новых оптимальных режимов и переход на новые режимы стабилизации технологического процесса. Для цели корректировки и расчета режимов при оперативном управлении технологическим процессом используют различные методы моделирования технологических процессов.

Управление, основанное на стабилизации расчетных оптимальных режимов, наиболее желательно с точки зрения согласованного управления комплексами технологических процессов не только на одном предприятии, но и на ряде предприятий, производства которых образуют последовательную цепочку.

Во многих случаях технологические процессы на разных предприятиях (нередко – разных отраслей) образуют процесс, который можно назвать «сквозным», учитывая то, что такой процесс проходит через несколько производственных систем. Так, сквозной технологический процесс образуют процессы добычи руды на горнообогатительном комбинате, выплавки стали соответствующей марки и проката стального листа на металлургическом производстве, изготовления кузовов для автомобилей в автомобильной промышленности. Материальный ресурс, переходя из одной производственной системы в другую, качественно преобразуется в различных по характеру технологических процессах. Таким образом, можно отметить, что, в отличие от многих других видов процессов общественного производства, в технологических процессах имеет место преемственность по материальным потокам. Преемственность по материальным потокам характерна и для всех стадий и переделов любого отдельно взятого комплекса технологических процессов.

В тоже время известно, что материальные потоки в любой современной технологии многокомпонентны. Максимальное извлечение полезных компонентов, свойств, формы – одна из наиболее насущных задач управления технологическими процессами. В этой связи важно соблюдение баланса компонентов, составляющих материальный ресурс. Иными словами, суммарное количество каждого компонента на всех входах и суммарное же количество этого же компонента на всех выходах технологического процесса (комплекса технологических процессов) должны быть равны. Особенно важно соблюдение баланса компонентов в сложных комплексах непрерывных технологических процессов металлургических, нефтехимических и других производств, где возможны неконтролируемые притоки и расходы текучих сред (атмосферного воздуха, пара и т.д.). Естественно, что сбалансированность материальных потоков должна обеспечиваться не только по компонентам, но и в целом по потокам ресурса между отдельными процессами. При таком условии становится, например, бессмысленным оптимальное управление каким-либо одним из процессов, входящих в технологических комплекс, приводящее, например, к повышению производительности этого процесса, если его производительность не сбалансирована с возможностями переработки или потребления в следующем по цепочке процессе. Возможно, что более разумным явится в таких условиях соблюдение баланса по потокам материального ресурса. Задача оптимально сбалансированного управления комплексом процессов может быть сформулирована так: найти оптимальную (например, по минимуму себестоимости) совокупность расходов ресурсов, обеспечивающую заданные уровни производительности каждого процесса, сбалансированные по всей цепочке технологических комплексов. Такая «технологическая» постановка, во всяком случае, больше отвечает принципам системности, чем традиционная, целью которой является максимизация или минимизация какого-либо показателя технологического процесса (производительности, например); в традиционной постановке нарушения сбалансированности материальных потоков естественны.

Необходимо, конечно, отметить, что в данном разделе изложены только наиболее существенные, описанные в трудах автора, особенности осуществления технологических процессов.

Существуют также другие различные особенности и тенденции. Среди различных тенденций развития технологических процессов материального производства мы должны отметить одну из наиболее существенных. Это тенденция к созданию малооперационных и малостадийных технологических процессов, приходящая на смену традиционным способам разделения процесса труда, выделения, механизации и автоматизации отдельных операций[55 - Мучник В.С. Комплексный эффект технологических преобразований. Новосибирск, «ЭКО», 1982, №12.]. В черной металлургии – это процессы прямого восстановления железа, минуя доменный процесс, в цветной металлургии – автогенные процессы, плавка в жидкой ванне, в угольной промышленности – гидродобыча угля, в легкой промышленности – технология производства нетканых материалов и т.д.

Эти и другие тенденции реализуются тремя основными принципами развития современных технологических процессов[56 - Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М: Машиностроение, 1973, 673 с.]: 1) Развитие и совершенствование методов ведения классической технологии. Содержание – «улучшение известной продукции, известного процесса»; 2) Поиск новых, прогрессивных технологических процессов для выпуска прежней продукции. Содержание – «улучшение известной продукции, применение нового процесса»; 3) Создание новых технологических процессов в связи с появлением новых видов продукции. Содержание – «выпуск новой продукции, применение нового процесса».

• Перейдем к изучению технологических структур, во-первых, как системных структур, во-вторых, как структур, создаваемых для обеспечения хода технологического процесса. Как системная структура, технологическая структура — это множество взаимодействующих элементов (элементов технологической структуры) и элементов взаимодействия между ними.

Элемент технологической структуры обеспечивает реализацию элементарного процесса переработки, т.е. элементарного процесса изменения свойств, формы, состояния предмета труда. Одни элементарные процессы реализуются вручную людьми (например, присоединение элементов электрических схем прибора путем пайки, установка и крепление резьбовыми соединениями деталей приборов, машин, аппаратов). Другие элементарные процессы – людьми с помощью механизмов, роботов, автоматов (например, автоматизированная сборка механических часов, механическая обработка деталей на станках с ЧПУ). Третьи элементарные процессы осуществляются в аппаратах, машинах, агрегатах без непосредственного воздействия человека на предмет труда (обогащение руд цветных металлов во флотомашинах, крашение тканей в красильных аппаратах, получение серной кислоты в контактных аппаратах, жидкостная обработка кож в деревянных барабанах). Таким образом, возможны три вида элементов технологических систем: «человек», «человек-машина», «машина». Заметим, что управление этими процессами также может осуществляться человеком, машиной, либо человеко-машиной системой.

Элементы взаимодействия обеспечивают пространственно-временное взаимодействие между элементами технологической структуры, т.е. обеспечивают выполнение комплекса операций складирования и транспортирования перерабатываемого материального ресурса. Основным требованием к элементам взаимодействия технологических структур – элементам технологического транспорт и складов, является требование обеспечения неизменности свойств, формы, состояния предмета труда в процессе транспортирования и складирования. Кроме того, добавляются и другие требования, например, обеспечение сохранности количеств транспортируемых и складируемых материальных ресурсов и др. В целом транспорт и склад, как часть технологической структуры, должны обеспечивать пространственно-временное взаимодействие элементарных процессов в технологической системе.

Все эти требования накладывают жесткие ограничения на совместное функционирование элементов взаимодействия технологических структур и элементов технологических структур. Мы проанализируем дополнительно некоторые аспекты, общие для всех технологических структур.

Технологические структуры должны быть однозначными, т.е. должны однозначно обеспечивать заданное течение технологического процесса. Однозначность структуры технологической системы означает обеспечение целенаправленных преобразований и пространственных перемещений перерабатываемого ресурса без отклонений от заданной схемы. В тоже время важной особенностью технологических структур является гибкость, способность перестраиваться при введении каких-либо изменений в регламент технологического процесса.

Одной из существенных особенностей технологических структур является применение типовых, унифицированных, стандартизированных конструкций машин, аппаратов, приборов, агрегатов. Применяемые в современных технологических структурах машины, аппараты, агрегаты для реализации процессов переработки, а также транспорт и склады должны в максимальной степени быть построены на типовых решениях. Важным требованием к элементам технологических структур является необходимость оснащения контрольно-измерительной аппаратурой, средствами автоматического контроля и управления. Элементы технологических структур и по производительности и по объемам перерабатываемых потоков должны быть сбалансированы — это одно из условий, предупреждающих появление так называемых “узких” мест. Совершенно необходимым является выполнение требований, связанных со способностью машин, аппаратов, агрегатов, транспорта, складов обеспечивать минимум потерь материальных ресурсов при переработке, складировании, транспортировании. Это требование, наряду с целями экономии ресурсов, преследует цели исключения загрязнения окружающей среды.

Тенденции развития технологических структур можно так же, как и для процессов[57 - Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М: Машиностроение, 1973, 673 с.], свести к трем основным: 1) развитие и совершенствование технологических структур и их элементов для классической технологии. Содержание – “улучшение известного процесса, улучшение известной структуры”; 2) поиск новых, прогрессивных вариантов технологических структур, конструкций их элементов для реализации классической технологии. Содержание – ”улучшение известного процесса, применение новой структуры”; 3) создание новых технологических структур для реализации нового технологического процесса. Содержание – “применение нового процесса, реализация новой структуры”.

• В соответствии с ранее принятым здесь определением технологический процесс – это множество элементарных процессов переработки, т.е. целенаправленных процессов преобразования предмета труда, и элементарных взаимодействий двух видов – транспортирование и складирование предмета труда.

Используя это определение, а также проведенный анализ особенностей технологий, можно определить, что модель технологической системы должна включать в себя описания четырех множеств. Первое – множество технологических элементов системы, т.е. людей, машин, аппаратов, агрегатов, станков и т.п., которые осуществляют элементарные процессы целенаправленного преобразования предмета труда. Второе – множество элементов взаимодействия, т.е. машин, аппаратов, оборудования и механизмов транспорта и складов, которые обеспечивают взаимодействия технологических элементов. Третье – множество элементарных процессов целенаправленного преобразования, на каждом из которых происходят изменения свойств, формы, состояния перерабатываемого предмета труда. Четвертое – множество элементарных процессов транспортирования и складирования, характеризующих динамику пространственно-временных перемещений предмета труда между элементарными процессами переработки.

Модель процесса технологической системы – это множество элементарных процессов переработки, транспортирования и складирования. Модель структуры технологической системы – это множество людей, технологического, транспортного и складского оборудования, машин, агрегатов, аппаратов. Модель основной технологической системы включает в себя множества технологических элементов системы и взаимодействий между ними.

При моделировании технологии система, дополнительная к основной технологической, рассматривается как система, включающая в себя множество транспортного и складского оборудования (машин, агрегатов, механизмов и т.п.) и элементарные процессы технологической переработки, причем эти процессы рассматриваются здесь, только как процессы, обеспечивающие взаимодействие между элементами множества транспортного и складского оборудования машин и др.

• При рассмотрении общей задачи создания и развития полной технологической системы целесообразно разделить ее на две группы задач, связанных в системном плане: задачи основной технологической и дополнительной транспортно-складской систем. Порядок решения задач зависит от многих причин, они могут решаться последовательно, параллельно, либо может существовать более сложный циклический порядок. Естественно, что модели элементов полной технологической системы будут различными, в зависимости от того, какую группу задач мы рассматриваем. Модели элементов и процессов, которые ими осуществляются, будут зависеть от того, в рамках какой системы мы их рассматриваем: основной или дополнительной. Технологическая система, создаваемая для изготовления определенного изделия, входит в некоторый технологический комплекс, включающий кроме нее, вспомогательные технологические системы. Такими системами являются, например, системы энергообеспечения, системы ремонта и восстановления оборудования, системы приготовления, дозирования и раздачи химикатов и красителей и другие.

Развитие технологических систем можно описать в виде основных тенденций для технологических процессов и структур с наложением условия сбалансированного развития основной технологической и дополнительной транспортно-складской систем. Кроме того, одной из основных тенденций развития технологических систем является тенденция к снижению удельного веса транспортно – складской системы, к созданию непрерывных систем с минимальными затратами времени и средств на переход от операции к операции.

В общем виде можно выделить три основные тенденции развития технологической системы. Первая – улучшение технологических систем и их элементов для реализации известных целей. Содержание – «улучшение известных систем для известных целей». Вторая – улучшение технологических систем и их элементов для реализации качественно новых целей. Содержание – «улучшение известных систем для новых целей». Третья – создание новых технологических систем и их элементов для реализации качественно новых целей. Содержание – «создание новых систем для новых целей».

Управление развитием технологических систем должно включать две основные группы задач: 1) управление проектами создания новых систем и их построение в рамках одной из этих тенденций развития; 2) управление проектами реструктуризации имеющихся систем и поддержание их в конкурентоспособном состоянии.

В управлении проектами технологических систем, можно выделить три основных этапа: а) определение элементов полной технологической системы, которая состоит из множества взаимодействующих элементов, элементарных процессов переработки, элементов взаимодействия и элементарных взаимодействий; б) проектирование и конструирование основной технологической системы, которая представляет собой множество технологических элементов системы и элементов взаимодействия между ними. На этом этапе наряду с решением комплекса других вопросов, связанных с реализацией процесса и структуры системы, должны быть поставлены требования к функционированию транспорта и складов; в) проектирование и конструирование транспортно-складской системы. Ее элементами являются транспортные и складские единицы, а также элементарные процессы переработки. Основным содержанием этого этапа является решение всего комплекса вопросов по созданию транспортных и складских элементов системы, причем элементы основной структуры здесь могут рассматриваться только как создающие определенные временные задержки и формирующие те характеристики предмета труда, которые представляют интерес с точки зрения транспортировки и складирования.

Этот подход заключается в поочередном рассмотрении элементов основной (перерабатывающей) и дополнительной (транспортно-складской) систем, причем, если проектируется одна из них, то другая система учитывается набором устанавливаемых ограничений на функционирование ее элементов. В отличие от подходов, при которых делается попытка объять всю проектируемую технологическую систему сразу, рассматриваемый подход позволяет достаточно полно учесть все аспекты создания полной технологической системы, для чего поочередно акцентируется внимание специалиста по управлению проектом на двух одинаково важных системах: собственно технологической (перерабатывающей) и транспортно-складской. Необходимо заметить, что транспорт и склад, как компоненты технологических структур во многих случаях в недостаточной мере удовлетворяют современным требованиям именно в силу того, что зачастую их проектирование является второстепенной задачей.

• Здесь мы изучили ряд важнейших особенностей осуществления технологий, на основе которых автором были сформированы следующие 14 Принципов развития целостного метода системной технологии[58 - Телемтаев М.М. Исследование аналитической модели организационно-технических систем (системная технология). В кн.: “Вопросы кибернетики”, под ред. Р.М.Суслова и А.П.Реутова; М.: изд. н/с “Кибернетика” АН СССР, 1980, ВК-72, с.124–136.Телемтаев М.М. Системная технология (основные задачи, принципы и правила разработки). – Вестник АН КазССР, Алма-Ата,1987, № 1, с.46–52.]:

1) Принцип однозначного соответствия «цель – процесс – структура»: В технологической системе для достижения цели изготовления каждого изделия должен реализовываться строго соответствующий ему процесс, осуществляемый с помощью четко определенной структуры; технологическая система описывается множеством таких соответствий, как предусмотренных при ее создании, так и возникших в процессе развития.

2) Принцип гибкости: технологическая система должна уметь оперативно перестраиваться, т.е. при необходимости переходить с одного соответствия «цель – процесс – структура» на другое с минимальными затратами ресурсов.

3) Принцип неухудшающего взаимодействия: транспортно-складские взаимодействия внутри систем и между системами во времени и в пространстве не должны ухудшать параметры ресурсов и изделий или могут ухудшать их в заданных пределах.

4) Принцип технологической дисциплины: во-первых, должен иметь место регламент функционирования технологической системы для каждого соответствия «цель-процесс-структура», во-вторых, должен осуществляться контроль над соблюдением технологического регламента и, в-третьих, должна существовать система внесения изменений в технологический регламент.

5) Принцип обогащения: каждый элемент технологической системы (как и вся система) должен придавать новые полезные свойства (и/или форму и/или состояние) преобразуемому ресурсу (предмету труда) для обеспечения процесса изготовления системой заданного изделия.

6) Принцип оценки качества: является обязательным установление критериев и оценка по ним качества реализации каждого соответствия «цель – процесс – структура» как для технологической системы в целом, так и для всех ее элементов; оценка качества может проводиться для изделий системы и изделий ее подсистем, для процессов системы в целом и процессов ее подсистем, для структур системы в целом и структур ее подсистем.

7) Принцип технологичности: из всех видов изделий, отвечающих поставленной цели, должно выбираться наиболее «технологичное», т.е. обеспечивающее наиболее эффективную реализацию соответствия «цель-процесс-структура» в данной технологической системе.

8) Принцип типизации: многообразие соответствий «цель-процесс-структура» в технологической системе и многообразие изделий, технологических процессов, структур и систем должны быть сведены в технологических комплексах к ограниченному числу типовых, обоснованно отличающихся друг от друга.

9) Принцип стабилизации: необходимо находить и обеспечивать стабильность таких режимов всех процессов и таких состояний всех структур технологической системы, которые обеспечивают наиболее эффективное использование преобразуемых ресурсов для качественного изготовления каждого изделия системы.

10) Принцип высвобождения человека: за счет реализации технологических систем машинами механизмами, роботами, автоматами высвобождать человека для интеллектуальной деятельности.

11) Принцип преемственности: изделия каждой технологической системы должны обязательно потребляться внешней средой с такой же скоростью, с которой они производятся.

12) Принцип баланса: суммарное количество каждого известного компонента любого ресурса, потребляемого технологической системой за определенное время, должно быть равно суммарному количеству этого компонента, поступающего за это же время от технологической системы во внешнюю среду. Это относится к технологической системе в целом, ее частям и элементам.

13) Принцип экологичности: воздействие технологических, социальных и природных систем друг на друга должно приводить к устойчивому прогрессивному развитию каждого вида этих систем и их совокупности.

14) Принцип согласованного развития: развитие системы и ее компонент (элементов, структур, процессов) должно соответствовать эволюции целей внешней среды, для достижения которых нужны изделия системы; развитие систем должно основываться на управлении проектами систем.

Принципы системной технологии в комплексе с классическими принципами непрерывности, параллельности, ритмичности и пропорциональности, а также кооперации, специализации и концентрации производства – основа для качественной оценки соответствия модели развивающейся системы эталону целостной технологической системы и для дальнейшего решения задач развития системной технологии производства.

• Изучение особенностей технологий также позволило автору сформулировать следующие Законы развития, опубликованные ранее в уже цитировавшихся работах.

Закон индустриализации. Развитие человеческой деятельности осуществляется путем индустриализации, которая заключается в создании целостных человеко-машинных производств. В направлении создания таких производств развивается любая человеческая деятельность – промышленная, образовательная, научная, управленческая, информационная, энергетическая, проектная, глобальная, региональная, страновая и т.д.

Закон машинизации. Специализированные машины для индустриализации определенного вида человеческой деятельности или для преобразования определенного вида ресурса должны создаваться как целостные системы машин.

Закон технологизации. Для удовлетворения потребностей человека и общества необходима технологизация, т.е. преобразование процессов творчества, доступного единицам, в технологии, доступные всем и обладающие свойствами массовости, определенности, результативности, посредством создания и реализации целостных технологических систем.

• Для эффективного формирования целостности и системности собственного мышления и практики профессиональной деятельности рекомендуется провести работу по определенным заданиям (консультации на сайте systemtechnology.ru). Для формирования тем исследований предлагаются основные задания и перечень известных определений технологий. Каждая подтема содержит одно основное задание и одно определение технологии. В исследовании целесообразно получить комплекс решений не менее 6-ти близких по характеру подтем.

А. Основные задания следующие:

1) разработка принципов системного изделия;