Системная технология

Одним из главных условий, обеспечивающих заданное протекание технологического процесса, является условие соблюдения технологической дисциплины. Режимы технологических процессов регламентируются технологической документацией (маршрутные карты, операционные карты и т.д.), составляемой при разработке системы технологической подготовки производства.

Технологическая дисциплина заключается, таким образом, в обеспечении соответствия хода технологического процесса регламентирующей технологической документации.

* Характерной для технологических процессов является стадиальность – разделение на процессы, стадии, связанное с тем обстоятельством, что получение выходного продукта производства из исходных материалов, сырья, комплектующих, изделий, полуфабрикатов и т.п. возможно, как правило, путем постепенного (от операции к операции – в машиностроении, от реакции к реакции в химии и т.д.) изменения свойств, формы, состояния обрабатываемого продукта.

Наличие стадиальности технологических процессов приводит к тому, что появляется, как правило, возможность выполнять определенные стадии, операции, фазы процесса последовательно. При этом оказывается, что каждая стадия «посильна» одному человеку или группе людей с соответствующей оснащенностью машинами. Некоторые цепочки последовательных стадий могут осуществляться параллельно друг другу, в соответствии с принципом параллельности, упоминавшимся ранее. В тоже время стадиальность технологических процессов является одним из следствий соблюдения принципов пропорций и ритмичности.

Однако соблюдение принципов параллельности, непрерывности, пропорциональности и ритмичности недостаточно для эффективного осуществления стадиальности процессов, так как эти принципы не связаны с понятием целесообразности технологии. С этой позиции необходима формулировка еще одного принципа – принципа обогащения, который обосновывает стадиальность с позиций целесообразности в смысле цели, поставленной перед системой.

* Принцип обогащениязаключается в том, что при последовательном прохождении через стадии, циклы и операции технологических процессов исходный продукт теряет «ненужные» (мешающие достижению цели технологического процесса) и обогащается «нужными» (в смысле цели технологического процесса) заданными качествами, формой, состоянием.

Так, руда какого-либо месторождения, содержащая нужный металл, обогащается на обогатительных фабриках, предварительно проходит ряд процессов, облегчающих последующую выплавку металла, избавляется, в частности от вредных примесей, плавится, затем металл очищается, рафинируется. Заготовка детали машины или прибора, прежде чем попасть на окончательную обработку на станке с целью придания необходимой формы и размеров, проходит черновую обработку, т.е. «обогащается», постепенно освобождаясь от ненужных свойств и постепенно приобретая полезные заданные параметры. Окрашиваемая хлопчатобумажная ткань проходит через процессы и стадии промывки, обработки химикатами, затем красится, освобождаясь от «мешающих» и приобретая заданные потребительские свойства.

* Особенностью современных технологических процессов является способность перестраиваться при изменении ассортимента выпускаемой продукции (при изменении номенклатуры измерительных приборов на приборостроительном заводе, ассортимента тканей и их расцветки на отделочном производстве легкой промышленности, при значительном изменении состава сырья в горнообогатительных производствах и др.). При таких перестройках может изменяться последовательность фаз технологического процесса, что приведет к изменениям в структуре технологической системы.

* Важным принципом, который надо учитывать при создании и осуществлении технологического процесса является технологичность выходной продукции, т.е. требование обеспечения такой совокупности свойств выходной продукции, которая обеспечивает оптимальные, в смысле какого либо критерия, затраты ресурсов при создании и осуществлении технологического процесса по сравнению с соответствующими показателями однотипных видов продукции и при обеспечении установленных показателей качества и условий осуществления процесса. Иными словами, свойства, форма, состояние намечаемой к выпуску продукции должны обеспечить более эффективное использование ресурсов для достижения поставленной цели, нежели выпускающиеся однотипные виды продукции.

* 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 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 [5].

* 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 оптимального 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, с точки зрения автора, особенности осуществления технологических процессов.

Существуют также другие различные особенности в тенденции, уже упоминавшиеся в разделе 2.1.1.

* 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 [6]. 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 нетканных материалов и т.д.

* Эти и другие тенденции реализуются тремя основными принципами развития современных технологических процессов [7]:

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».

Технологические структуры

* Проанализируем технологические структуры, во-первых, как системные структуры, во-вторых, как структуры, создаваемые для обеспечения хода технологического процесса.

Как системная структура, технологическая структура – это множество взаимодействующих элементов (элементов технологической структуры) и элементов взаимодействия между ними. В предыдущем разделе мы определили с системных позиций технологический процесс, а также элементарные процессы переработки и взаимодействия.

* 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 – людьми с помощью механизмов, роботов, автоматов (например, автоматизированная сборка механических часов, механическая обработка деталей на станках с ЧПУ), третьи 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 взаимодействие между элементами технологической структуры, т.е. обеспечивают выполнение комплекса операций складирования и транспортирования перерабатываемого материального ресурса. Основным требованием к элементам взаимодействия технологических структур – технологическому транспорту и складам – 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. 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.

* Технологическая структура создается, в первую очередь, для обеспечения заданного хода технологического процесса, как процесса достижения цели. Анализ этого аспекта технологических структур касается, в частности аппаратурного воплощения элементов технологических структур (систем), их конструктивных особенностей. Эти вопросы выходят за рамки настоящей работы. Мы проанализируем 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 применениетиповых,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 [7], 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».

Технологические системы

* Модель технологической системы состоит из следующих 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.

* Процесс технологической системы — это множество элементарных процессов переработки, транспортирования и складирования.

* Структура технологической системы — это множество людей, технологического, транспортного и складского оборудования, машин, агрегатов, аппаратов.

* Основная технологическая система включает в себя множества технологических элементов системы и взаимодействий между ними. Система, дополнительная к основной технологической, это 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.