Так, руда какого-либо месторождения, содержащая нужный металл, предварительно обогащается на обогатительных фабриках, где проходит ряд процессов, облегчающих последующую выплавку металла. В технологии производства металла руда избавляется, в частности от вредных примесей (напр., серы), 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. По сути на черновой обработке она «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.
Современные технологические процессы могут бытьперестроены,напр., при изменении ассортимента выпускаемой продукции. Необходимость в перестройке процесса возникает, напр., при изменении номенклатуры измерительных приборов на приборостроительном заводе, ассортимента тканей и их расцветки на отделочном производстве легкой промышленности, при значительном изменении состава сырья в горно-обогатительных производствах и др. При таких перестройках может изменяться последовательность фаз технологического процесса, что приводит к изменениям в структуре технологической системы.
Важным принципом, который надо учитывать при создании и осуществлении технологического процесса являетсятехнологичность выходной продукции.Это требование обеспечения такой совокупности свойств выходной продукции, которая обеспечивает оптимальные, в смысле какого либо критерия, затраты ресурсов при создании и осуществлении технологического процесса. При этом необходимо сравнение с соответствующими показателями однотипных видов продукции и обеспечение установленных показателей качества и условий осуществления процесса. Иными словами, свойства, форма, состояние намечаемой к выпуску продукции должны обеспечить более эффективное использование ресурсов производства для достижения поставленной цели, нежели другие однотипные виды продукции.
Одним из основных условий эффективного осуществления технологического процесса являетсяоценка 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 являетсяприменение 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].Современной тенденцией является стремление к созданию максимально (полностью)механизированных, автоматизированных, роботизированныхтехнологических процессов.
Одно из наиболее перспективных направлений совершенствования технологических процессов заключается в создании и использованиигибких 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 кстабилизациирасчетных 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 методымоделированиятехнологических процессов.
Управление, основанное на стабилизации расчетных оптимальных режимов, наиболее желательно с точки зрения согласованного управления комплексами технологическихпроцессов 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 местопреемственностьпо 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 соблюдениебаланса 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 такихусловиях 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 созданиюмалооперационных и малостадийных технологических процессов,приходящая на смену традиционным способам разделения процесса труда, выделения, механизации и автоматизации отдельных операций[55].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 принципамиразвития современных технологических процессов[56]: 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 изучениютехнологических 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.
Элементтехнологической 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 сернойкислоты 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 взаимодействияобеспечивают 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 бытьоднозначными,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 являетсягибкость,способность перестраиваться при введении каких-либо изменений в регламент технологического процесса.
Одной из существенных особенностей технологических структур являетсяприменение типовых, унифицированных, стандартизированных конструкциймашин, 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 необходимостьоснащения контрольно-измерительной аппаратурой,средствами автоматического контроля и управления. Элементы технологических структур и по производительности и по объемам перерабатываемых потоков должны бытьсбалансированы —это одно из условий, предупреждающих появление так называемых“узких”мест. Совершенно необходимым является выполнение требований, связанных со способностью машин, аппаратов, агрегатов, транспорта, складов обеспечиватьминимум потерьматериальных ресурсов при переработке, складировании, транспортировании. Это требование, наряду с целями экономии ресурсов, преследует цели исключения загрязнения окружающей среды.
Тенденции развитиятехнологических структур можно так же, как и для процессов[57],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, чтомодель технологической системыдолжна включать в себя описания четырех множеств. Первое – множествотехнологических элементовсистемы, т.е. людей, машин, аппаратов, агрегатов, станков и т.п., которые осуществляют элементарные процессы целенаправленного преобразования предмета труда. Второе – множествоэлементов взаимодействия,т.е. машин, аппаратов, оборудования и механизмов транспорта и складов, которые обеспечивают взаимодействия технологических элементов. Третье – множество элементарных процессовцеленаправленногопреобразования, на каждом из которых происходят изменения свойств, формы, состояния перерабатываемого предмета труда. Четвертое – множество элементарных процессовтранспортирования и складирования,характеризующих динамику пространственно-временных перемещений предмета труда между элементарными процессами переработки.
Модельпроцессатехнологической системы – это множество элементарных процессов переработки, транспортирования и складирования. Модельструктурытехнологической системы – это множество людей, технологического, транспортного и складского оборудования, машин, агрегатов, аппаратов. Модельосновнойтехнологической системы включает в себя множества технологических элементов системы и взаимодействий между ними.
При моделировании технологии система,дополнительнаяк 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 рассмотренииобщей задачисоздания 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 технологическийкомплекс,включающий кроме нее,вспомогательныетехнологические 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 условиясбалансированного развитияосновной технологической и дополнительной транспортно-складской систем. Кроме того, одной из основных тенденций развития технологических систем является тенденция кснижениюудельного 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 тенденцииразвитиятехнологической 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».
Управлениеразвитиемтехнологических 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 управлениипроектамитехнологических 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.