Реферат Обеспечение тепловлажностного режима работы предприятия
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Глава 14. Обеспечение тепловлажностного режима работы предприятия
14.1. Вентиляция производственных помещений
Для того, чтобы создать такую воздушную среду в помещениях, которая обеспечивала бы нормальное пребывание в них людей и положительно влияла на технологический процесс производства, используют различные вентиляционные устройства.
Они должны удовлетворять следующим требованиям:
- площадь для размещения вентиляционного оборудования и каналов должна быть минимальной и не ухудшать интерьеров;
- хорошая вибро и звукоизоляция вентиляционного оборудования от строительных конструкций.
Вентиляция производственного здания в зависимости от источника движения воздуха может быть естественной или механической; в зависимости от доли воздухообмена — общеобменной или местной; в зависимости от назначения — приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.
Для поддержания параметров микроклимата помещения в оптимальном режиме или близком к нему необходимо удалять из помещения вредные газы, тепло или влагу и обновлять воздух, т.е. осуществлять воздухообмен.
Необходимый по содержанию вредных газов (например, С02) воздухообмен (м3/ч) определяют по формуле
где тi — число источников выделения вредных газов (в частности CO2);
Pi — количество вредных газов, выделяемых одним источником, дм3/ч;
Р2 — допустимая норма вредных газов в помещении (для С02 Р2 = 2,5 дм3/м3);
Р1 — содержание вредных газов в наружном воздухе (для СО2 Р1 = 0,3-0,4 дм3/м3).
Этот расчет ведется по газу, у которого выделяется больше всего по сравнению с другими.
Необходимый по содержанию влаги воздухообмен:
где Gb — суммарное влаговыделение в помещении, г/ч;
α2 и
α1 — соответственно влагосодержание воздуха помещения и наружного воздуха, г/кг;
ρ — плотность воздуха при его температуре в помещении, кг/м3.
Значения р можно определить по формуле
где tв — температура воздуха в помещении, °С;
Ра — атмосферное давление, кПа.
Воздухообмен (м3/ч), способствующий удалению избытка тепла:
где Qn — поток теплоты, выделяющейся в помещении, кВт;
Qm — поток теплоты, необходимый для нагревания приточного воздуха и теряемый через ограждения, кВт;
tн — температура воздуха за пределами помещения, °С.
Необходимый воздухообмен (м3/ч) принимают по наибольшей из трех величин VCO2, VH2O и VQ.
Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена:
где Vn — внутренний объем помещения, м3.
Если кратность воздухообмена n ≤ 3 , то применяют естественную вентиляцию, при n >3 — искусственную.
Общая площадь (м2) вентиляционных вытяжных или приточных каналов определяется по формуле
где v — скорость воздуха в канале, м/с.
Скорость воздуха в канале находят по формуле
где hk — высота вытяжного канала, м.
Зная площадь ƒв (м2) поперечного сечения одного вытяжного канала находят их число:
Сечение вытяжного канала принимают равным 0,4x0,4; 0,5x0,5; 0,6x0,6 или 0,7x0,7 м.
Аналогично находят число приточных каналов.
При искусственной вентиляции производительность вентилятора принимают по величине расчетного воздухообмена с учетом коэффициента запаса (К=1,10 - 1,15):
WB=KV, (14.9)
Диаметр воздуховода рассчитывают по формуле
где vB — скорость воздуха в воздуховоде, м/с (vB = 10-15 м/с)
Давление (Па) вентилятора
PB=Рд + Ртр+Рм , (14.11)
где Рд — динамическое давление, необходимое для сообщения воздуху соответствующей скорости, Па;
Ртр — потери давления на преодоление сопротивления движению воздуха в воздуховоде, Па;
Рм — потери давления от местных сопротивлений, Па.
Давление динамическое определяют по формуле
где ρВ — плотность воздуха (принимают в зависимости от его температуры), кг/м3.
Потери давления пo длине воздуховода рассчитывают по уравнению
где l — длина воздуховода, м;
d — диаметр воздуховода, м;
λ = (0,0124+0,011)/d — гидравлический коэффициент сопротивления движению воздуха;
Потери давления от местных сопротивления
где ξ — коэффициент местного сопротивления.
Для длинных воздуховодов можно принять Рм = 0,1 • Рmp.
Зная подачу и давление подбирают вентилятор.
Потребную мощность (кВт) электродвигателя определяют по формуле
где ηB — к.п.д. вентилятора (для осевых однолопастных ηB =0,2-0,3, многолопастных — ηB =0,4-0,8 для центробежных — ηB = 0,6-0,9)
k— коэффициент запаса, k = 1,1-1,5 (большие значения для меньших Nдв).
По мощности и частоте вращения подбирают электродвигатель.
14.2. Отопление производственных помещений
Системы отопления разделяю* по следующим конструктивным признакам и параметрам:
- по месту размещения генератора тепла относительно отапливаемых помещений — местные и центральные;
- по виду теплоносителя, подводящего тепло к отапливаемым помещениям — водяные, паровые и воздушные;
- по параметрам теплоносителя — водяные системы с водой, нагретой ниже или выше (перегретой) 100°С, и паровые — низкого и высокого давления;
- по передаче тепла отапливаемым помещениям – конвективные, лучистые;
- по способу циркуляции — естественные (гравитационные), искусственные (насосные);
- по схеме прокладки магистральных трубопроводов и стояков — с нижней и верхней, однотрубной или двухтрубной схемой.
При выборе той или иной системы отопления зданий, теплоносителя, топлива, а также типов нагревательных приборов следует учитывать технологический процесс и назначение отдельных зданий, сооружений, помещений, руководствуясь строительными нормами и правилами (СНиП 11-33-75).
Количество теплоты (кДж/ч), необходимое для отопления помещения, определяют по формуле
Q
в
+
Q
огр
+
Q
сп
+
Q
,
(14.16)
где Q
в — количество теплоты, уносимое потоком воздуха при вентиляции, кДж/ч;
Q
огр — количество теплоты, теряемое через стены, окна, потолки. кДж/ч;
Q
сп =(1,10...0,15)*(
Q
в
+ Q
огр) — количество теплоты, уносимое через открываемые двери, щели и др., кДж/ч;
Q — количество теплоты, выделяемое технологическими источниками тепла, кДж/ч. Значение Q
в находят по формуле
Q
в
=
V . ρ . C . (t
в
– t
н
)
,
(14.17)
где V— расчетный воздухообмен, м3/ч;
ρ — плотность воздуха при tH, кг/м3;
tв, tн — соответственно температура воздуха внутри и снаружи помещения, °С;
С— теплоемкость воздуха,
С = 1кДж/кг °С (1,ЗкДж/м3 °С).
Тепловые потери через ограждения:
Q
огр =
Ʃ
K *F * (t
в
–
t
н) , (14.18)
где К — коэффициент теплопередачи, кВт/м °С;
F — поверхность ограждения, м2.
Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле
где αв
— коэффициент теплопередачи от окружающей среды к внутренней поверхности ограждения (для стен и потолков) αв = 2,1 * 10 - 6 кВт/(м2 °С);
αн
— коэффициент теплопередачи от наружной поверхности к окружающей среде (для стен и крыш αн = 8,5 * 10 - 6 кВт/(м2 °С);
δ
— толщина каждого из слоев, составляющих ограждение, м;
λ — коэффициент теплопроводности материала ограждения, кДж/(м2 °С).
Годовой расход топлива (кг/год или м3/год) на теплоснабжение предприятия переработки находят по следующему уравнению:
где Qom — годовой расход тепла на отопление, кДж/кг и кДж/м3;
Qтех — годовой расход тепла на технологические нужды, кДж/кг или кДж/м3;
Qн — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг или кДж/м3;
η — к.п.д. котельной (при работе на твердом топливе ηк = 0,6, на жидком и газообразном — ηк = 0,8).
14.3. Водоснабжение предприятия
В зависимости от назначения производственные здания оборудуются следующими системами водоснабжения: хозяйственно - питьевыми, противопожарными, производственными. Они могут быть раздельными и объединенными (СНиП 11-30-76).
Хозяйственно-питьевая и производственная вода на предприятиях переработки продукции животноводства должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-73. Водородный показатель (pH) — в пределах 6,5-8,5, жесткость общая — не более 7 мг-экв/л, концентрация железа — не более 0,3 мг/л, общее число бактерий в 1 мл — не более 100, кишечных палочек в
Для сокращения расхода воды на производственные нужды рекомендуется применять системы оборотного и повторного водоснабжения.
Целесообразно делать оборотное водоснабжение для охлаждения технологического оборудования. Например, на предприятиях по переработке молока оборотное водоснабжение можно применять для холодильных установок, вакуум-выпарных установок, кристаллизаторов, заквасочников.
Повторно-оборотные системы водоснабжения позволяют вовлечь в оборот до 70-80% общего количества воды.
При проектировании схемы водоснабжения следует руководствоваться строительными нормами и правилами "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" (СНиП 11-34-74), а также пользоваться специальной литературой. Исходными данными для проектирования водопровода служат: схема водопроводной сети с указанием геометрических высот поверхности земли у источника и объектов водоснабжения, сведения о числе и составе водопотребителей, нормы водопотребления.
Потребность воды в сутки (м3) находят по формуле
где αс — коэффициент суточной неравномерности водопотребления (αс = 1,1-1,3);
qi — суточная норма потребления воды одним водопотребителем, м3;
Пi — число потребителей, имеющих одинаковую суточную норму водопотребления.
Находят часовой и секундный расход воды (м3/ч, м3/с):
где αч — коэффициент часовой неравномерности (αч = 2,5).
Схему водопроводной сети составляют на основании фактически существующих или запроектированных мест расположения потребителей, источников воды, насосной станции, напорно-регулирующих устройств и трубопроводов. На нее наносят исходные и расчетные данные.
Для устройства водопроводной сети используют стальные, чугунные, асбестоцементные и полиэтиленовые трубы.
Гидравлический расчет наружной сети водопровода сводится к определению расчетных секундных расходов воды, диаметров: труб и потерь напора на каждом участке.
Расчетный расход воды (м3/с) на участках водопровода определяют начиная от самого отдаленного потребителя по формуле
Qр =
Q
c.
max +
Qпож + 0,5 *
Qn ,
(14.24)
где Q
пож — пожарный расход воды на участке, м 3/с ( Q
пож = 10, л/ с);
Q
п — путевой расход воды на участке, м3/с;
Диаметр труб (м) на каждом участке вычисляют по уравнению
где v — скорость воды в трубопроводе, м/с; (рекомендуется принимать v = 0,75-1,5 м/с).
Потери напора по длине трубопровода находят по формуле Дарси-Вейсбаха
где λ — коэффициент трения по длине трубопровода (λ= 0,02-0,03);
l — дайна трубопровода, м;
d — диаметр трубопровода, м.
Местные потери напора для длинных труб можно принять равными 10% от потерь по длине. Затем вычисляют суммарные потери напора по отдельным участкам ( Ʃ h).
Напор насоса или высоту водонапорной башни (Н) определяют из условия обеспечения необходимого напора в наиболее удаленной точке
Н = Ʃ
h
+
Zmax
–
Z
б
+
hc
,
(14.27)
где Zmax
— максимальная геометрическая высота точки на магистральной линии, м;
Z
б — геометрическая высота расположения насосной станции или водонапорной башни, м;
hc
— свободный напор, м (hс =
Объем (м3) водонапорной башни можно определить по следующей формуле:
V
б
=
V
р
+
V
п
,
(14.28)
где Vр — регулируемая вместимость башни, Vр = (0,05-0,1) м3;
Vб — при автоматической работе насоса;
Vп — объем воды для пожаротушения, м3.
V
п
= 0,6*(
Qc max + Q
пож
) ,
(14.29)
Подачу (м3/с) насоса определяют по уравнению
где Т — принятое время работы насосов в сутки, ч;
α — коэффициент, учитывающий собственные нужды (α = 1,05-1,1)
По часовой подаче и напору подбирают насос.
Мощность электродвигателя (кВт) для привода насоса вычисляют по формуле
где К — коэффициент запаса (К = 1,1-1,3);
ρ — плотность воды, кг /м3;
Н — напор насоса, м;
ηн— к.п.д. насоса (ηн = 0,6-0,9);
ηп — к.п.д. передачи (ηп = 0,9-0,98).
14.4. Система канализации отходов предприятия
Комплекс инженерных сооружений, машин и аппаратов, служащих для приема, отвода, очистки, обеззараживания и сброса сточных вод, представляет собой систему канализации.
Системы канализации подразделяют на общесплавные, раздельные и полураздельные.
Общесплавную систему канализации устраивают из одной сети труб и каналов, по которым все виды сточных вод отводятся на очистные сооружения и после очистки выпускаются в водоем.
Раздельная система состоит из двух и более самостоятельных сетей. По одной из таких сетей отводят бытовые сточные воды на очистные сооружения, по второй — ливневые воды поступают без очистки в водоемы.
Полураздельная система канализации состоит также из нескольких сетей с той лишь разницей, что сеть, отводящая сточные воды на очистные сооружения, соединяется с водосточной сетью при помощи ливнеспусков.
Сточные воды предприятий по переработке продукции животноводства делят на загрязненные, условно чистые и бытовые.
Загрязненные сточные воды образуются в результате мойки технологического оборудования, тары, полов, а также работы прачечных. Эти сточные воды загрязнены белком, молочным сахаром, моющими средствами (кальцинированной и каустической содой, соляной и серной кислотами) и посторонними предметами (стеклом, фольгой, тряпками, полиэтиленовой пленкой и пр.)- В случае сброса их в водоемы без предварительной очистки они оказывают вредное воздействие на воду. При биохимическом окислении органических соединений, содержащихся в сточных водах, из водоема поглощается большое количество кислорода, в результате фауна и флора водоемов погибает. Содержание кислорода в водоеме не должно быть менее 4 мг/л.
Условно чистые сточные воды образуются в результате эксплуатации технологического оборудования (пастеризационно - охладительные установки, компрессоры, конденсаторы и т.д.) Бытовые сточные воды отводят от производственных предприятий самостоятельными сетями или присоединяют к одной из перечисленных сетей.
Наружные канализационные сети подразделяются на дворовые, внутрицеховые и магистральные.
Дворовые и внутрицеховые сети (от здания до магистрали) состоят из керамических труб диаметром не менее
Магистральные сети делают из керамических или асбестоцементных труб диаметром до
Внутренние канализационные сети прокладывают открыто, в подпольях, коридорах, технических этажах с креплением к конструкциям зданий (стенам, колоннам, потолкам, балкам, фермам), скрыто с заделкой в строительные конструкции перекрытий под , полом (в каналах). Внутренние канализационные сети делают из чугунных, керамических, пластмассовых, асбестоцементных труб.
14.5. Расчет расхода воды, пара, холода и электроэнергии на технологические цели
Для обеспечения нормальной и бесперебойной работы перерабатывающего предприятия в целом и каждого отдельного технологического цеха или отделения необходимо иметь определенное количество холодной и горячей волы, пара, холода, электроэнергии, а в отдельных случаях сжатого воздуха и газа, рассчитываемое как по нормам, так и по выбранному технологическому оборудованию.
Количество воды (м3 или л) определяют по формуле
где qi — норма расхода воды на единицу продукции;
тi — количество выпускаемой продукции.
По установленному оборудованию можно подсчитать расход воды:
где qуд — удельная норма расхода воды, м3 ч/т;
А — производительность оборудования, т/ч;
t — продолжительность работы оборудования в смену, ч;
Т — продолжительность смены, ч.
Внутренний диаметр трубопровода d тепловых сетей определяют по формуле
где А — коэффициент, зависящий от шероховатости стенок трубопровода (А= 0,27-0,29);
G — массовый расход теплоносителя, кг/с;
Р — удельное линейное падение давления, Па/м;
ρср — средняя плотность пара, кг/м3.
Удельное линейное падение давления можно рассчитать следующим образом:
где Рн и Рк — начальное и конечное давление пара на участке, Па;
l — длина паропровода, м;
β — средний коэффициент местных потерь.
Для приближенных расчетов можно принять потери давления на участке трубопровода длиной
Средний коэффициент местных потерь находят по уравнению.
где Z — постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя (Z=0,06-0,1 — для пара);
G — массовый расход теплоносителя, т/ч.
Средняя плотность пара определяется по формуле
где ρн и ρк — плотность пара в начале и в конце паропровода (принимается по таблице Рн и Рк водяного пара), кг/м3
Рабочую поверхность теплообмена (м2) охладителя можно найти из формулы
где Gn — количество продукта, подлежащего охлаждению, кг/ч;
С — теплоемкость продукта (например, для молока С= 3,95 кДж/кг °С);
tн и tк — начальная и конечная температура продукта, °С;
К — коэффициент теплопередачи, который для оросительных охладителей при работе на воде принимают равным 1160 Вт/ (м2оС), на рассоле — 812, а для пластинчатых соответственно 1730 и 160 Bт/(м2 °C);
Δ
tср — средняя логарифмическая разность температур.
Значение Δ
tср вычисляют по уравнению
где Δtmax и Δtmin — разность температур жидкостей соответственно начале и конце охлаждения.
Часовой расход холода (кДж/ч) можно найти по формуле
Qх = Gп C(tн – tк)+ q , (14.40)
где Gп — количество продукта которое нужно охладить, кг/я;
С — теплоемкость охлаждаемого продукта, кДж/(кг °С);
q— потери холода в окружающую среду, кДж/ч (для охладителей молока можно принимать как 5-10% от Gп C(tн – tк)+ q.
Потребность в электроэнергии (кВт*ч) можно подсчитать по мощности электропотребителей и продолжительности времени их работы.
где N — мощность электропотребителя, кВт;
t — продолжительность работы, ч.
14.6. Техника безопасности при эксплуатации технологического оборудования
Для защиты человека при эксплуатации технологического оборудования на стадии проектирования необходимо предусмотреть ряд мер.
При проектировании зданий и сооружений основного и вспомогательного производств необходимо учитывать требования нормативных документов и инструкций по охране труда; технике безопасности и производственной санитарии. Это относится к технике безопасности при компоновке, монтаже, ремонте и эксплуатации оборудования, электробезопасности и эксплуатации электрооборудования, пожарной безопасности.
В проекте необходимо предусмотреть применение защитных,
сигнальных и предохранительных приспособлений, ограждений,
предотвращающих возможность несчастных случаев.
Для уменьшения шума и вибрации следует предусмотреть
установку глушителей или использование звукопоглощающих материалов.
Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий сооружений принимаются в соответствии с категорией размещаемых в них производств.
Производства различных категорий пожароопасности, находящиеся в одном здании или помещении, разделяются противопожарными перегородками.
Не разрешается транзитная прокладка конвейеров, продуктоодов и других коммуникаций через складские и взрывоопасные помещения.
Теплоизоляция трубопроводов и оборудования выбирается с четом ее огнестойкости.
При проектировании обязательно предусматриваются средства пожаротушения и места для их размещения.
В качестве примера ниже приведены основные требования техники безопасности при проектировании вентиляционных установок:
- работа вентиляционного оборудования допускается только при условии ограждения решетками или кожухами приводных ремней, соединительных муфт и других вращающихся частей;
- площадки, на которых смонтировано вентиляционное оборудование, стационарные лестницы к ним, а также отверстия в перекрытиях должны быть ограждены перилами
- крышки люков, подъемные зонты и т. п. должны снабжаться устройством для их закрепления в открытом (поднятом) положении;
- воздуховоды, кронштейны под вентиляционное оборудование, зонты и другие элементы вентиляционных систем следует размещать на высоте не менее
- аспирационные воздуховоды должны быть тщательно заземлены с присоединением к заводской системе заземления;
- запрещается загромождать вентиляционные камеры, каналы и площадки посторонними предметами;
- при ремонте или осмотре оборудования, воздуховодов, зонтов и укрытий на высоте с лестниц или площадок не допускается нахождение людей: под местами, где проводятся эти работы;
- применяемые для осмотра, очистки или ремонта воздуховодов и расположенного на высоте вентиляционного оборудования переносные лестницы должны иметь откидные, прочно закрепляемые при работе стойки; допускается применение переносных' лестниц, концы которых снабжены резиновыми наконечниками;
- ремонт (в том числе подтягивание болтов) и чистку электродвигателей, вентиляторов, насосов и другого оборудования можно производить лишь после полной остановки вращающихся частей
- запрещается снимать и надевать приводные ремни при вращении ротора электродвигателя;
- салазки электродвигателей должны быть заземлены;
- места установки вентиляционного оборудования должны иметь постоянное освещение; места, где обслуживание оборудования производится редко и кратковременно, должны быть обеспечены переносными электрическими лампами (напряжение ламп в обычных условиях — не выше 36 В, а при работе в сырых местах — 12 В);
- в процессе чистки или ремонта на месте вентилятора и электродвигателя необходимо вынуть плавкие предохранители для предотвращения возможного случайного пуска электродвигателя.
В производственных помещениях и других местах расположения вентиляционного оборудования должны быть вывешены правила и плакаты по технике безопасности.
Часть 4. УПРАВЛЕНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ
Глава 15. Управление предприятием переработки сельскохозяйственного сырья
15.1. Расчет численности рабочих
Расчет необходимого числа рабочих, занятых в основном производстве, может быть выполнен несколькими способами.
В основу первого из них положены укрупненные нормы времени на выработку единицы сырья или готовой продукции:
где пр — число рабочих, чел;
Ап— количество перерабатываемого сырья или вырабатываемой продукции в смену, кг (шт.);
t1 — норма времени на единицу получаемой продукции, ч/кг (ч/шт.);
Т см — продолжительность смены, ч.
В том случае, когда имеются справочные данные по нормам выработки продукции за смену в расчете на одного рабочего,-целесообразно воспользоваться следующей формулой:
где qр — норма выработки за смену на одного рабочего, кг (шт.).
Число рабочих, обслуживающих минизаводы, поточные технологические линии или отдельные машины, определяют исходя из их паспортных данных или по формуле
где mм — число машин (аппаратов), установленных на предприятии, шт;
t2 — норма обслуживания оборудования одним рабочим или группой (бригадой) рабочих, шт./чел.
15.2. Организация и производительность труда на поточных линиях
При работе линии часть ручных работ выполняется последовательно с работой машин, а часть — параллельно. Норма выработки на ручных операциях при последовательной работе машин и людей:
где Т оп — время оперативной работы в течении смены;
q — количество продукции, вырабатываемой за одну операцию;
t оп — затраты времени на одну операцию.
Норма производительности линии с ручными операциями:
где N — норма производительности линии с ручными операциями;
Т см — продолжительность смены;
Т рег — продолжительность регламентированных перерывов в смену;
q — число изделий (порций), вырабатываемых за один ритм;
r max— наибольший ритм рабочего места линии;
α и β— возвратные отходы и потери, %.
Планировка линии должна соответствовать последовательности выполнения технологических операций, расположение рабочих мест в потоке может быть прямолинейным или криволинейным — это существенного значения не имеет.
Расчетная скорость конвейера, соединяющего все рабочие места потока:
где Smin — наименьшее расстояние между двумя смежными рабочими местами.
R— ритм потока.
При параллельно-последовательной работе длительность рабочего цикла уменьшается на величину времени ручной перекрываемой работы:
tц = tТ + tр – tрм , (15.7)
где t ц — время рабочего цикла;
t T — время работы машины;
t p — время работы рабочего;
t рм — время ручной перекрываемой работы.
Время цикла рабочего, свободное от работы, уменьшается на величину tрм . Если ручная работа полностью перекрывается работой машины, т.е. tp = tрм , то такой случай относится к параллельной работе машины и рабочего и продолжительность рабочего цикла будет равна времени машинной работы tц = tT
Расчет нормы производительности машин и аппаратов.
Производительность машин:
где Р — производительность машин, линии;
Tрпм — время работы машин;
t ц — продолжительность рабочего цикла;
q — число изделий (порций, масса), вырабатываемое за рабочий цикл;
Трпм/ t ц — число рабочих циклов.
В развернутом виде производительность линии будет равна:
где Р — норма производительности линии с ручными операциями;
Тcм — продолжительность смены;
Трег — продолжительность регламентированных перерывов в смену;
q — число изделий (порций, масса), вырабатываемых за один ритм;
k3 — коэффициент, учитывающий загрузку машины по объему или площади;
tT— время работы машины;
t р — время работы рабочего;
t рм — время ручной перекрываемой работы;
α и β— возвратные отходы и потери, %.
Изменение производительности линии определяется величинами переменных факторов, входящих в формулу (15.5). Неизменными для данной конструкции машин и продолжительности смены являются Тсм, q, tц Переменными являются факторы, которые могут быть целенаправленно изменены в ту или иную сторону: Трег , γ, tр tрм. Этими факторами и определяется численность рабочих:
где п — численность рабочих;
Ʃtрц — суммарные затраты всех видов работ рабочего, связанных с эксплуатацией данной машины в течении рабочего цикла;
tц — длительность рабочего цикла;
kрег— % времени оперативной работы, отводимой на регламентированный отдых.
Численность рабочих округляется до целой величины в большую сторону. Расчет следует считать не законченным до тех пор, пока ритм работы всех членов бригады не окажется примерно равным.
Для оценки загрузки рабочих применяют коэффициент использования рабочего времени:
для непрерывных машин:
для машин периодического действия:
где Ʃtрц — суммарное время на эксплуатацию машин всех рабочих в течение одного рабочего цикла;
tлн — время, затрачиваемое на личные нужды рабочего.
Средний коэффициент использования рабочего времени по всей линии служит эталоном загрузки рабочих на каждом рабочем месте.
Расчет производительности аппарата. Процессы, при которых под действием тепловой, химической или электрической энергии в специальном оборудовании происходят изменения химического состава или агрегатного состояния объекта обработки, называются, аппаратурными. Аппаратурные процессы могут быть периодического и непрерывного действия.
Аппаратурные процессы периодического действия прерываются при выгрузке готовой продукций и загрузке сырья. Аппаратурные процессы непрерывного действия не прекращаются, а подача сырья и выгрузка готовой продукции осуществляются непрерывно или периодически.
В аппаратах одна и та же продукция вырабатывается в течение длительного времени, поэтому удельный вес машинного времени может быть большим. При расчете производительности аппаратурных процессов решаются две взаимосвязанные задачи: устанавливают норму производительности аппарата и определяют норму обслуживания для аппаратчика.
Нормы производительности аппаратов рассчитываются по той же формуле, что и производительность машин. Разница заключается лишь в том, что период работы не ограничивается одной сменой, а может охватывать значительно больший отрезок времени (созревание сыра, сушка древесины и т.п.).
Поэтому регламентированные перерывы включают более широкий круг работ, выходящих за рамки одной смены. Сменная производительность аппарата должна пониматься как усредненная, т.е.:
где Р — норма производительности аппарата с ручными операциями;
Т— продолжительность периода работы аппарата;
Трег — продолжительность регламентированных перерывов в смену;
q — число изделий (порций), вырабатываемых за один ритм;
kз — коэффициент, учитывающий загрузку аппарата по объему или площади;
tT — время самостоятельной работы аппарата без рабочего;
tp — время работы рабочего по обслуживанию аппарата;
tрм — время ручной перекрываемой работы в течение цикла;
п — число смен в полном периоде работы аппарата;
α и β— возвратные отходы и потери, %.
За продолжительность рабочего цикла может быть принят полный период работы аппарата.
Нормирование производительности аппаратов непрерывного действия производится аналогично аппаратам периодического действия, при этом вся ручная работа аппаратчика перекрывается самостоятельной работой аппарата.
Расчет затрат труда при обслуживании нескольких машин и аппаратов.
На перерабатывающих предприятиях возникает необходимость в расчете норм обслуживания числа единиц оборудования одним рабочим — многостаночное обслуживание. Организация многостаночного обслуживания зависит от условий работы. Все разнообразие изменяющихся условий может быть отнесено к трем видам:
- рабочие Циклы машин равны и составляющие их элементы подобны;
- рабочие циклы машин равны, но составляющие их элементы не подобны;
- рабочие циклы машин не равны и составляющие их элементы не подобны.
Если рабочие циклы машин равны и составляющие их элементы подобны, то
Тц1 = Тц2 = Тц3 = … = Тцп
Мц1 = Мц2 = Мц3 = … = Мцп ; (15.14)
Тр1 = Тр2 = Тр3 = … = Трп
Такие машины называют машинами-дублерами. Машины - дублеры могут быть не похожи внешне и иметь различное производственное назначение. Число машин, которое может обслужить один рабочий, равно
где tпер — затраты времени на переходы от машины к машине в течение рабочего цикла.
Если рабочие циклы машин равны, но составляющие их элементы не подобны, то
Тц1 = Тц2 = Тц3 = … = Тцп
Мц1 ≠ Мц2 ≠ Мц3 ≠ … ≠ Мцп ; (15.16)
Тр1 ≠ Тр2 ≠ Тр3 ≠ … ≠ Трп
В этом случае решение вопроса о числе машин, обслуживаемых одним рабочим, сложнее. Неравенство элементов, составляющих рабочие циклы разных машин, может привести к некоторым простоям в связи с тем, что время занятости рабочего на одной машине может совпадать с временем, когда он потребуется на другой машине, и эта машина будет простаивать. Такое допущение требует корректировки рабочего цикла машины на величину вероятного простоя:
где tп — время простоя машины, вызванного занятостью рабочего на других машинах.
Общая продолжительность рабочего цикла быть скорректирована на величину
И тогда формула для расчета количества одновременно обслуживаемых машин будет иметь следующий вид:
где Кс>= 1 — коэффициент совпадения времени занятости рабочего на очередной машине с остановкой других машин;
Кд = 0,9 — коэффициент, учитывающий отклонения времени обслуживания рабочим отдельной машины.
Если рабочие циклы машин не равны и составляющие их элементы не подобны, то
Тц1 ≠ Тц2 ≠ Тц3 ≠ … ≠ Тцп
Мц1 ≠ Мц2 ≠ Мц3 ≠ … ≠ Мцп ; (15. 20)
Тр1 ≠ Тр2 ≠ Тр3 ≠ … ≠ Трп
В этом случае решение может быть получено с помощью следующего подхода. Его сущность заключается в том , что все виды и ручных и машинных работ, на которые заранее имеются нормы времени, группируются по текущему времени так, чтобы в цикле совмещенные простои машин отсутствовали или были минимальными.
Рассмотрим для выявления сущности метода расчета пример с тремя (Кп= 3) печами на хлебозаводе, для работы которых в смену каждой требуется Nд = 15 деж теста.
В течение этого времени южны быть выполнены все работы, т.е. цикл совмещения должен быть равен этому ритму или быть меньше его. Последовательное выполнение работ по замесу теста и опары занимает большее времени ритма, поэтому организация многостаночной работы при такой организации невозможна.
Изменением последовательности работ можно добиться такого графика совмещения, при котором у рабочего окажется даже некоторый запас свободного времени.
Норма выработки многостаночника зависит от числа обслуживаемых машин и их типа. Если рабочий Обслуживает несколько одноименных машин (параллельная работа), то норма выработки для него будет равна сумме норм обслуживаемых машин. Норма выработки для многостаночника, обслуживающего разные по назначению машины, работающие в последовательной линии, определяется по производительности линии.
Определение нормы выработки для отдельных операций производится с помощью фотографии рабочего времени.
Специфическая особенность потока на механизированных и автоматизированных линиях — единая производительность для всех рабочих мест при проектировании и организации производства вызывает необходимость изучения и обеспечения ее равномерной работы, изучения и оптимизации межоперационных перемещений, способов контроля и регулирования параметров технологического процесса. Единая производительность предполагает наличие единого ритма потока в линиях, в которых производственным заданием является норма производительности ведущей машины. Ведущей машиной считают ту машину, в наиболее полном использовании которой заинтересовано предприятие, т.е. самая дорогостоящая, сложная в монтаже, отладке и управлении, выполняющая самые ответственные операции.
Представим норму производительности ведущей машины как
где P — норма производительности ведущей машины;
Т — продолжительность периода работы аппарата;
Т рег — продолжительность регламентированных перерывов в смену;
q — число изделий (порций), вырабатываемых за один ритм;
kз — коэффициент, учитывающий загрузку аппарата по объему или площади;
К1, К2 — коэффициенты, учитывающие возвратные потери и отходы;
tц — время цикла ведущей машины.
Производственное задание каждому рабочему месту устанавливается по норме производительности ведущей машины с учетом расхождений^ выработке. Расхождения в выработке ведущей машины и других машин, входящих в линию, могут быть в большую или меньшую сторону. Например, для поточной линии, вырабатывающей хлебные изделия, производственное задание, пересчитанное на муку стандартной влажности, будет больше нормы производительности ведущей машины — печи, потому что на промежуточных участках имеются потери — просыпь, распыл, потери сухих веществ, и т.д. Для хлеборежущих и упаковочных машин производственное задание может быть равно норме печи или несколько меньше.
Ритм рабочего места исчисляется аналогичного ритму потока. Наилучшим считается случай, когда ритм рабочего места потока совпадает с ритмом потока — продолжительностью рабочего цикла ведущей машины), т.е. достигается полное совпадение норм производительности всех машин линии r=R=t.
Если ритм рабочего места больше ритма потока (r > tц) или, наоборот, меньше его (r < tц), то в зависимости от расположения по отношению к ведущей машине на данном рабочем месте будут возникать или промежуточные запасы, или холостой ход, или вынужденные простои машины.
Расчет технико-экономических норм машин, входящих в линию, необходим потому, что одной машины в потоке может оказаться недостаточно. Необходимое число машин на каждом рабочем месте определяют через коэффициент загрузки машин:
где N — необходимое число машин в линии на одном рабочем месте;
Q — производственное задание на смену;
Р — выработка одной машины за смену;
kз — коэффициент загрузки машины на данном рабочем месте.
Необходимая численность обслуживающего персонала рассчитывается обычными методами — сначала для каждой машины отдельно, а затем — с учетом многостаночного обслуживания и совмещения профессий.
Механизированные и автоматизированные линии, оснащенные высокоточными и высокопроизводительными машинами, требуют иногда присутствия на рабочих местах квалифицированных слесарей-наладчиков. Их число находят следующим образом. Сначала устанавливают норму обслуживания для одного наладчика, определяемую по формуле
где Н0 — норма обслуживания на одного наладчика;
Тсм— продолжительность смены;
tол — время на отдых и личные надобности;
Тпр — продолжительность наладочных работ;
k — коэффициент, учитывающий другие работы, выполняете наладчиком, в т.ч. время наблюдения и анализа (до 25% всего рабочего времени).
Численность наладчиков равна:
15.3. Функционально-стоимостный анализ при сравнении вариантов проектов предприятия переработки сельскохозяйственного сырья
Функционально-стоимостный анализ — это метод системного исследования объектов — вариантов производства, проектов, направленного на оптимизацию соотношений между потребительскими свойствами объекта и затратами на его разработку, производство (строительство) и эксплуатацию.
Цель функционально-стоимостного анализа состоит в максимизации отношения
где R — степень полезности объекта (продукта);
S — затраты, соответствующие данному уровню полезности.
На стадиях научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ критерий F используют для предотвращения возможности использования неэффективных решений, а на стадиях производства продукции и эксплуатации оборудования —'для их совершенствования с целью сокращения экономически не оправданных' Затрат.
Любое оборудование, линия, цех выполняют комплекс функций: основных и вспомогательных, полезных, бесполезных и вредных.
Рассмотрим такое оборудование, как картофельная мойка. Ее основная функция — смыть с поверхности картофеля почву, подготовить его к использованию. Кроме того, мойка обладает рядом вспомогательных функций — организует поток картофеля для дальнейшей его обработки (сушки, резки, фасовки). Наряду с полезными функциями мойка выполняет ряд вредных — увеличивает влажность картофеля и воздуха цеха, загрязняет производство, обладает повышенной электроопасностью и т.д.
Для выполнения полезных оборудования выбирается соответствующий принцип действия и конструкция функций. Каждый элемент конструкции выполняет ту или иную функцию, подчиненную основной или вспомогательной функциям всего объекта. Причем выполнение основных и вспомогательных функций в силу несовершенства принципа действия и конструкции, а иногда и просто стремления к их упрощению и удешевлению, приводит к возникновению вредных функций объекта. Так, насос обеспечивает подачу и циркуляцию воды, транспортер специальной конструкции — подачу немытого и отвод мытого картофеля, в ванне удаляется и собирается грязь — это пример полезных функций. Одновременно с этим проявляются вредные функции — шум, вибрация, наличие влаги.
Функции, выполняемые отдельными элементами и узлами оборудования, неравнозначны с точки зрения основного его назначения: некоторые из них будут важнее других. По определенной методике каждую функцию можно охарактеризовать некоторым числом, являющимся оценкой ее важности. В конкретном оборудовании выполнение каждой функции закреплено за определенным узлом или сборочной единицей, поэтому появляется возможность оценить затраты на их выполнение, учитывая прежде всего материалы, стоимость изготовления и эксплуатации соответствующих элементов и узлов. Это относится не только к элементам оборудования, но также в равной мере к единицам оборудования, линиям и цехам и их различным вариантам.
Следовательно, любую функцию оборудования можно оценить с двух позиций — по ее важности и по затратам на ее выполнение. Сопоставление этих двух показателей для каждой из функций объекта позволяет выявить возможные несоответствия, при которых выполнение второстепенных функций оказывается, сопряжено с большими затратами. После обнаружения подобных несоответствий приступают к творческому этапу поиска новых, лучших вариантов осуществления функций.
Таким образом, функционально-стоимостный анализ представляет собой совокупность следующих трех процедур:
- описание функций объекта, оценки их взаимосвязи, значимости и важности;
- стоимостная оценка функций и анализ функциональной организованности объекта в целом по величине F = R/S;
- поиск более совершенных вариантов осуществления функций, по которым выявлены неудовлетворительные решения.
Описание функций объектов. Данный этап предполагает описание как функций, выполняемых объектом в целом, так и функций, выполняемых его составными частями.
На первой стадии составляют структурную схему объекта. На второй переходят к описанию функций объекта.
Внешние функции выполняются объектом в целом и характеризуют его связь с другими объектами и с окружающей средой.
Внутренние функции относятся к отдельным узлам и элементам объекта. Среди внешних функций различают главные, ради выполнения которых создается объект, и второстепенные, отражающие побочные цели его создания.
Так, главными функциями моечной машины для картофеля являются мойка картофеля и механизация процесса перемещения, подачи для дальнейшей обработки. Второстепенные функции — опорожнение тары, вывод грязной воды и т.п.
Внутренние функции элементов и узлов подразделяются на основные и вспомогательные. Основные функции создают необходимые условия для выполнения главной функции и обеспечивают работоспособность объекта, а вспомогательные — способствуют реализации основных. Так в машине для мойки картофеля перемещение картофеля, циркуляция воды, ее барботаж являются основными, а Обеспечение работы насоса, транспортера, барботера, удаление грязи — вспомогательными функциями.
По степени полезности для потребителя функции объекта можно подразделить на полезные, бесполезные и вредные. Полезные функции способствуют достижению цели, бесполезные являются излишними, а вредные препятствуют ее достижению. Описание функций объектов выполняется последовательно в соответствии с его структурной схемой, вначале для объекта в целом, затем — для узлов и деталей.
При определении функций следует придерживаться следующих правил. Формулировка функции должна содержать глагол и существительное, например, для функции ванны моечной машины — удерживать воду. Формулировка не должна привязываться к существующей конструкции или конкретной технологии. Описываются все функции, в том числе бесполезные и вредные. Желательно учесть также и те функции, выполнять которые объект может в принципе, но это не является его задачей. Совокупность функций объекта и его составных частей или вариантов решений целесообразно представить в виде матрицы функций.
Уже сама по себе формулировка функций может служить источником совершенствования существующего решения или выбора варианта. Огромное количество конструкций создается для достижения относительно небольшого числа целей. Одни и те же функции могут реализовываться разными способами и конструкциями. Так очистку картофеля от грязи можно осуществить:
- сухим способом;
- мокрым способом;
- с помощью воздуха;
- с помощью вибрации.
По этой причине специалист, сформулировав функцию объекта, может Представить себе множество вариантов ее реализации, отличающихся от существующего, и получить в результате возможность сравнения и выбора лучшего из них.
Стоимостная оценка функций.
В тех случаях, когда данное оборудование или узел выполняет единственную функцию, затраты на нее можно определить, рассчитав их себестоимость. При выполнении ими нескольких функций эти затраты распределяются пропорционально вкладу данного устройства в выполнение каждой из них. Для определения вклада (веса) обычно используют экспертные оценки.
В большинстве случаев стоимость функций оценивают методом сравнения. При этом необходимо отыскать объекты, выполняющие сходные функций и установить показатели, по которым их можно сравнивать. Например, при анализе картофельных моек их целесообразно оценивать по чистоте мойки, энергозатратам, массе оборудования и т.д.
Одним из Показателей конструктивного совершенства объекта может служить отношение затрат, связанных с выполнением главной функции, к суммарным затратам. Аналогичным образом для отдельных узлов рассматривается доля затрат, приходящихся на выполнение основных, вспомогательных, а также бесполезных и вредных функций в общих затратах. Затраты, связанные с выполнением основных функций, составляют 20-30% всех затрат, вспомогательных функций — 10-12%. Для перерабатывающего оборудования основные затраты связаны с санитарно-гигиеническими функциями работы.
Поиск эффективных решений лри функционально-стоимостном анализе.
После анализа и стоимостной оценки функций приступают к поиску новых вариантов осуществления тех функций, реализация которых оказалась неудовлетворительной. Здесь используют ряд методов и приёмов совершенствования творческого мышления.
С помощью морфологического метода на первом этапе выявляют основные параметры, характеризующие новый вариант, и выявляют все их допустимые значения.
На втором этапе рассматривают все возможные сочетания. Каждое их этих сочетаний, соответствует некоторому объекту — существующему или гипотетическому. Анализ свойств этих объектов позволит выявить эффективный вариант. Число сочетаний может быть велико, и далеко не все они могут быть реальными.
Важную роль при выборе наилучшего решения и анализа играет преодоление психологической инерции типа: "этого не может быть, потому что этого не может быть", "на нашем предприятии этого нет, поэтому сделать это невозможно", "если на Западе подобное не применяют, значит, это неэффективно".
Психологическая инерция — это предрасположенность к стандартным, тривиальным способам решения задачи. Одним из приемов преодоления психологической инерции является формирование идеального конечного результата. Здесь требуется вообразить идеальное решение проблемы, идеальный результат.
Предположим, что надо придумать более эффективную мойку для картофеля. В первую очередь в силу психологической инерции в голову приходят мысли о струях воды и душевых устройствах. А можно предложить нестандартное решение — самоочищающийся картофель, что уже является толчком к генерированию новых идейу например, использование ультразвука для изменения плотности воды и картофеля, результатом чего является отслаивание грязи от поверхности картофеля.
Еще одним методом поиска эффективных решений является использование принципа местного качества, который требует, чтобы каждая часть объекта находилась в условиях, наиболее благоприятных для его работы. Эта идея обобщает всевозможные идеи, связанные с сортировкой сельскохозяйственной продукции, например плодов, овощей, картофеля, по качеству и размерно-массовым характеристикам, по зрелости, химическому составу и т.п. Например, целью сортировки плодов перед закладкой на хранение является установление наиболее благоприятных условий хранения для основной массы заложенной на хранение продукций. Нестандартные, плохо хранящиеся плоды удаляют из потока и просто не закладывают на хранение или подвергают их обработке с целью повышения лежкоспособности.
15.4. Технико-экономическая оценка проекта
Основными показателями экономической оценки проекта служат прирост производства продукции, улучшение ее качества, получаемый годовой экономический эффект в виде чистого дисконтированного дохода или прибыли.
Годовой эффект представляет собой суммарную экономию всех производственных ресурсов, которую получает предприятие в результате внедрения проект Эффективность проекта оценивается дисконтированным доходом или прибылью. Эти показатели позволяют сопоставлять инвестиционные проекты и оценивать доход, который получат хозяйства в течение ряда лет. Эти показатели используются для оценки проектов во многих развитых странах.
Чистый дисконтированный доход (Чдд) определяется превышением интегральных результатов над интегральными затратами, приведенными к начальному шагу (году, кварталу, месяцу), и может быть рассчитан по следующей формуле:
где Дt — дополнительный доход на шаге расчета t;
Иt — эксплуатационные расходы нa шаге расчета t без учета капитальных вложений;
Е — нормативный срок окупаемости капитальных вложений;
δи — уровень инфляции, о.е;
К— сумма дисконтированных капитальных вложений;
t — горизонт вложений, лет.
Данная формула показывает разницу между суммой приведенных эффектов и приведенной к тому же времени величиной капитальных вложений.
При определении эффективности используется показатель потока реальных денег, под которым понимается разность между притоком и оттоком денежных средств на шаге расчета.
Капиталовложения в разработку или модернизацию линии по переработке сельскохозяйственной продукции включают затраты на приобретение, доставку и монтаж, которые можно рассчитать по следующей формуле:
где ρi — коэффициент, учитывающий затраты на доставку и монтаж;
Цi — цена отдельного оборудования линии;
N — число единиц оборудования в линии.
Эксплуатационные затраты включают прямые текущие издержки:
И = Изп + Иа + Ипэ + Ипр + Ир , (15.30)
где Изп — затраты на оплату труда с начислениями;
Иа — амортизационные отчисления;
Ир — затраты на ремонт оборудования;
Ипэ — стоимость потребляемых энергоресурсов;
Ипр — прочие издержки.
Затраты на оплату труда состоят из основной и дополнительной заработной платы персонала с соответствующими начислениями и рассчитываются по формуле
где ОТосн — основная оплата труда;
ОТдоп — дополнительная оплата труда;
Нпф — нормативный коэффициент отчислений в пенсионный фонд;
Нмс — нормативный коэффициент отчислений в фонд обязательного медицинского страхования;
Нфсс — нормативный коэффициент отчислений в фонд социального страхования;
Нфз— нормативный коэффициент отчислений в фонд занятости.
Основная плата труда зависит от трудоемкости технического обслуживания и ремонта и определяется по формуле
OTосн = Smo - Tcm – ρпp , (15.32)
где Smo — годовые затраты на проведение технического обслуживания и ремонта, ч;
Tcm — часовая тарифная ставка среднего разряда работ по техническому обслуживанию и ремонту;
ρпp — коэффициент, учитывающий премии по фонду оплаты труда.
Дополнительная оплата труда (оплата отпусков, времени выполнения социальных обязанностей и т.д.) определяется сложившимся коэффициентом ρдоп к реальной заработной плате
OTдоп = ρдоп + OTосн , (15.33)
Амортизационные отчисления рассчитывают по формуле
Иа= ρа- Кб , (15-34)
где ρа — норма амортизационных отчислений, о.е.;
Кб— балансовая стоимость единицы оборудования.
Стоимость потребляемых энергоресурсов рассчитывают по следующей формуле:
Сi— цена i- го энергоресурса;
Wi — количество потребленного энергоресурса.
Прочие прямые издержки рассчитываются по укрупненной формуле
Ипр = (0.05…0.1)*(Изп + Иа + Ипэ + Ир) , (15.36)
Дополнительный доход рассчитывается по формуле
Дi = ΔW *Спр , (15.37)
где ΔW — дополнительно полученная продукция от применения проектируемого производства;
Спр — стоимость единицы продукции.
15.5. Управление производством
Система управления производством состоит из ряда иерархических взаимосвязанных уровней. На каждом из этих уровней имеется соответствующий управляющий персонал, решающий относящиеся к его компетенции задачи. Взаимосвязь этих задач определяется их соподчиненностью друг другу и соответствует принятой иерархии управления на предприятии.
На уровне перспективного прогнозирования работы предприятия руководством ставятся разовые задачи, имеющие частично субъективный взгляд на развитие производства, решение которых оценивается совокупностью основных показателей данного производства (строительство нового цеха, освоение нового вида продукции и т.п.). Руководство предприятия, принимающее решения на этом уровне, может использовать опыт и знания специалистов в отдельных областях.
На уровне объемного планирования рассматриваются интервалы работы производства порядка одного года и менее. При решении задач объемного планирования используются нормативные модели и условия работы производства, которые оптимизируют применительно к условиям реального производства и складывающейся внешней ситуации.
На уровне календарного планирования определяется временная траектория работы производства. При этом рассматривают усредненные показатели работы цехов, оборудования, а также нормативные структуры их взаимосвязей. Не учитываются конкретные виды возмущений, действующих на производстве, переходящими запасами сырья и материалов пренебрегают. Критерием работы на этом уровне управления являются выполнение заданий по выпуску продукции и технико-экономические показатели. Для управления весь горизонт планирования разбивают на ряд дискретных интервалов (месяцев, декад). При управлении используется чрезвычайно большое количество исходной технической, экономически, нормативной и другой информации, пропорциональное числу интервалов, на которые разбивается горизонт планирования.
На уровне оперативного управления производится компенсация текущих возмущений (помех), существенно влияющих на ход производства. Периоды этих возмущений составляют несколько часов и более, что превышает устойчивость работы большинства технологических установок. При решении задач этого уровня должны учитываться все конкретные особенности работы производства: текущие параметры оборудования, имеющиеся запасы сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, возмущения, ограничения на ресурсы. Управление на этом уровне отличается большим объемом информации, требуемой оперативностью получения и исполнения решений.
На уровне управления отдельными технологическими установками сохраняются все особенности оперативного управления. Здесь имеется небольшое количество информации, работа каждой установки поддается формализации и автоматизации управления. С этой целью управление отдельной установкой подразделяется на два подуровня: на верхнем производится управление по низкочастотным возмущениям, приходящим с вышестоящего уровня управления — оперативного (например, время начала работы, изменение производительности, изменение режимов работы для выпуска новой продукции и т.д.), а на нижнем — компенсация высокочастотных возмущений, связанных с изменением, например, качества сырья, технологических параметров (температуры, давления и т.п.). На этом уровне управление, как правило, осуществляется автоматически различными датчиками и регуляторами.
Классификация задач оперативного контроля и управления производством.
Задачи оперативного контроля и управления производством можно свести к трем основным типам: аварийной защиты производства, приведения производства в норму после возникновения нарушений, улучшение основных технико-экономических показателей производства.
Задачи аварийной защиты производства призваны обнаруживать возникающие на производстве предаварийные ситуации и немедленно принимать заранее четко регламентированные защитные меры, выражающиеся в остановке того или иного участка производства или переводе его на иной, безопасный режим работы. Задачи аварийной защиты имеют наивысший приоритет и должны выполняться с максимальной надежностью и оперативностью.
К таким задачам можно отнести пожарную и электробезопасность, аварийную защиту от несанкционированных действий персонала. Обычно в современном производстве эти задачи реализуются полностью автоматически, без участия человека или с минимальным его участием, поскольку по быстродействию и точности отработки заранее четких и однозначных логических задач управляющая аппаратура превосходит возможности человека.
Аварийная защита на производстве обычно распределяется между двумя уровнями управления: на уровне управления отдельной установкой реализуется аварийная защита ее работы; на уровне оперативного управления производством реализуется аварийная защита всех линий связи между установками, емкостями, участками и цехами, защита резервуаров, зашита любого оборудования, находящегося под непосредственным оперативным управлением персонала.
Задачи приведения производства в норму после возникновения различных нарушений призваны выявлять различные ситуации на производстве, ухудшающие показатели его работы либо вызывающие отклонения режима производства от нормы, и формировать управляющие воздействия, перестраивающие ход производства и вводящие его режим работы в норму.
К подобным задачам относятся задачи использования партии сырья с нестандартным качеством, взаимозаменяемости оборудования и т.п. При решении подобных задач чрезвычайно важен опыт управленческого персонала На сегодняшний день подавляющее число задач данного типа решается самим, управляющим персоналом.
Решение задач этого типа составляет основную нагрузку производственного персонала среднего звена — начальников цехов, мастеров, технологов.
Задачи оперативного управления, улучшающего основные технико-экономические показатели работы производства, призваны время от времени корректировать ход производства, повышать эффективность его функционирования. Эти задачи требуют глубокого анализа текущего состояния производства, и даже при отсутствии видимых нарушений в его работе их решение, заключающееся в выборе рационального варианта воздействий, может принести значительный эффект.
Примером таких задач могут быть задачи оптимального использования сырья, автотранспорта, хранилищ, а также увеличение выхода готовой продукции на устоявшемся отлаженном производстве.
Для решения задач оперативного управления производством персоналу нужна информация, которую можно подразделить на три группы:
- о работе отдельного оборудования (технологических агрегатов): измерение режима выполнения технологического процесса, учет и расчет технико-экономических показателей работы оборудования, контроль нарушений процесса и неисправностей оборудования;
- информация о состоянии парка резервуаров (емкостей, складов, хранилищ): измерение запасов хранящихся материалов (сырья, полуфабрикатов, готовой продукции), учет полученных и отпущенных материалов, контроль опорожнения и переполнения отдельных резервуаров, контроль состояния и неисправностей транспортных систем переноса материальных и энергетических потоков;
- информация о качественном составе перерабатываемого сырья и материалов: измерение показателей качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, учет продукции разных сортов и брака, контроль нарушений регламента качественного состава на определенных участках производства.
Работа предприятия происходит в рамках правил, требований, допусков, границ, технических условий, стандартов, которые задаются различными вышестоящими внешними факторами и априорной информацией. Основное требование к системе управления — обеспечение выполнения заданий календарного плана.
Эти задания определяют ограничения снизу и (или) сверху количества и качества выпускаемых видов продукции, которую необходимо произвести на предприятии за фиксированные интервалы времени (сутки, неделю, месяц, сезон, год).
Так как существуют неравномерность во времени поставок сырья, сезонный характер его выращивания и ограниченные сроки хранения, временные ресурсы оборудования, возможные энергетические ограничения в отдельные периоды времени, задаваемый календарный план различен в различные периоды времени и зависит от значений абсолютного времени, на которое он рассчитывается.
Существует ряд ограничений, выполнение которых при оперативном управлении носит обязательный характер:
- соблюдение заданного графика ремонта отдельных ед тип оборудования;
- выполнение всех технологических процессов в пределах норм по нагрузкам и режимам, задаваемым соответствующими технологическими нормативами и картами;
- сохранение запасов сырья, полуфабрикатов и готовой продукции во всех емкостях в пределах заданных норм, в частности, исключающих переполнение и опорожнение в любой момент времени;
- выполнение заданного графика отгрузки по каждому виду готовой продукции;
- учет данных о наличии сырьевых и энергетических ресурсов и их прогноз на интервал оперативного управления производством и предприятием.
15.6. Автоматизация управления оборудованием и производством
Развитие микроэлектроники в начале 80-х годов XX века привело к появлению микропроцессоров и открыло этап в автоматизации производственных процессов на базе компьютеров. Микропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала вычислительную сеть основой построения систем управления и контроля. Современные системы управления технологическими процессами предусматривают цифровую связь и распределенную или децентрализованную структуру.
Ведущие мировые фирмы выпускают наборы программно-аппаратных средств для построения АСУ ТП. Основными признаками таких наборов является их совместимость, способность функционирования в единой системе, стандартизации интерфейсов, функциональная полнота, позволяющая строить целиком АСУ ТП только из средств данного набора.
Архитектура современной АСУ ТП включает четыре уровня, рис. 15.4.
На нулевом уровне находятся датчики, исполнительные механизмы и контроллеры, объединенные в единую коммуникационную цифровую сеть — полевую шину (Fitldbus). Это позволяет большое количество линий связи, идущих от датчиков и исполнительных механизмов к каналам ввода-вывода контроллера, заменить одним кабелем. К приборам нижнего уровня по этому кабелю передается также электропитание. Это снижает затраты на монтаж
Рис. 15.1. Системы промышленной автоматизации
оборудования. Каждое устройство оснащается самостоятельным вычислительным блоком, что позволяет осуществлять местное управление, настройку и диагностику оборудования.
На уровне 1 находятся устройства связи с объектом — УСО, которые принимают с объекта и выдают на объект группу аналоговых и дискретных сигналов, а также имеют связь через различные адаптеры с полевой шиной, контроллерами и компьютерами. Устройства уровня 1 являются безынициативными, работают под управлением компьютеров и контроллеров и располагаются рядом с объектом управления. Использование УСО снижает затраты на монтаж линий связи.
На уровне 2 находятся контроллеры, связанные с датчиками и УСО и исполнительными механизмами. Данные системы программно совместимы с обычными компьютерами, но адаптированы для жестких условий работы в цехе. В качестве устройств сопряжения с объектом управления данные системы комплектуются дополнительными платами — адаптерами расширения.
На уровне 3 располагаются станции в виде IBM-совместимых промышленных компьютеров, которые обеспечивают диспетчеризацию технологического процесса и реализуют принцип бесщитовой автоматики. Основной операционной системой для АСУ ТП верхнего уровня является WINDOWS NT.
При создании современных АСУ ТП наблюдается мировая интеграция и унификация технических решений; Основное требование современных систем управления — открытость системы для подсоединения к ней аппаратных средств, не предусмотренных ранее.
Интегрированные системы управления производством.
Современная АСУ ТП предусматривает связь с корпоративными системами управления предприятием (АСУП), которые в мировой литературе обозначаются как ERP-системы (Enterprise Resource Planning) — планирование ресурсов предприятия или MPR II системы — (Manufacturing Resource Planning) — планирование ресурсов производства. Первые системы ориентированы на предприятие в целом, а вторые — на его технологическое подразделение, рис. 15.5. Они строятся по принципу пирамиды и охватывают весь цикл работы предприятия, от системы управления нижнего PLC-уровня до ERP-системы управления предприятия в целом.
Основу программного обеспечения уровня 3 составляет программа SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) — система сбора данных и оперативного диспетчерского управления, реализующая все основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, передачи данных и команд системе контроля и управления — PLC-уровню.
Рис. 15.5. Интегрированные системы управления производством
SCADA позволяет собирать информацию с отдельных приборов, расположенных в разных местах, представлять ее на экране компьютера и сохранять данные в файлах для дальнейшего просмотра и обработки.
Эта система состоит из инструментального и исполнительского комплекса.
Инструментальный комплекс предназначен для разработки конкретного программного обеспечения автоматизированных рабочих мест (АРМ) технолога, оператора, диспетчера и др.
Исполнительный комплекс реализует разработанное программное обеспечение в определенной операционной среде.
Диспетчерское управление и сбор данных SCADA является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами и процессами.
В последние десятилетия возрос интерес к проблеме построения и эффективного использования систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и коммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. В настоящее время большинство (до 80%) аварий в промышленных системах связано с человеческим фактором.
Современные SCADA-системы ориентированы прежде всего на человека-оператора, его возможности при управлении сложными и быстродействующими системами. Они осуществляют процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами.
Человек-оператор выполняет в системе диспетчерского управления пять функций:
- планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;
- обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия;
- отслеживает результаты работы системы;
- вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не может справиться или при необходимости регулировки параметров процесса;
- обучается в процессе работы (набирает опыт).
Основными особенностями процесса управления в современных диспетчерских системах являются следующие:
- процесс SCADA применяется в системах, в которых обязательно наличие человека-оператора;
- оператор несет общую ответственность за управление системой, которая в нормальных условиях только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального результата;
- активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени — при наступлении критических событий, отказах или других нештатных ситуациях;
- действия операторов в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени — несколькими минутами или секундами.
Основные функции SCADA-системы в части функционирования дисплейного пульта могут быть следующие:
- сбор текущей информации от контроллеров или других приборов и устройств, связанных непосредственно или через сеть с пультом оператора (с PLC-уровня);
- первичная вычислительная и логическая обработка измерительной информации;
- архивирование и хранение текущей информации и ее дальнейшая обработка;
- представление текущей и исторической информации на дисплее (реализация динамических мнемосхем, гистограмм, анимационных изображений, таблиц, графиков, трендов, выделений аварийных ситуаций и т.д.);
- печать отчетов и протоколов в заданные моменты времени, показ и запись аварийных ситуаций в моменты их возникновения;
- ввод и передача команд и сообщений оператора в контроллеры и другие устройства системы;
- решение прикладных задач пользователя и их связь с текущей измеряемой информацией и управленческими решениями;
- информационные связи с серверами и другими рабочими станциями через сетевые структуры.
Существует промежуточная группа — MES-системы (Manufacturing Execution Systems), которые отвечают за:
- управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса;
- планирование и контроль последовательности операций технологического процесса;
- управление качеством продукции;
- хранение исходных материалов и готовой продукции по технологическим подразделениям;
- техническое обслуживание производственного оборудования;
- связь систем ERP и SCADA.
Одной из причин возникновения MES-систем явилась необходимость локального управления на уровне технологического подразделения. Однако информационные базы отдельного цеха и всего предприятия должны оставаться едиными.
Второй причиной явилась необходимость более оперативного взаимодействия с PLC-уровнем, АСУ ТП. Например, в пищевой промышленности выделяется задача управления технологическими последовательностями — обеспечение выпуска продукции в нужном объеме с заданными технологическими характеристиками, с возможностью перехода на новый вид продукции. Параллельно стоят задачи ведения архива; значений технологических переменных с возможностью восстановления производственных ситуаций прошедших периодов и анализа нештатных ситуаций, обучения персонала и оптимизации технологического процесса.
