Принципы и условия организации автоматизированного производства на х

экологической опасностью и пожаровзрывоопасностью), характером зависимости результативных технико-экономических показателей от изменения технологических параметров, степенью (глубиной) изученности ТП.

Технически возможные отклонения технологических параметров от оптимального уровня, устанавливаемые регламентом, зависят от качества управления, которое, в свою очередь, зависит от принятого при разработке регламента способа управления: ручного, автоматизированного (уровня автоматизации, качества решений по автоматизации и т.д.).

Экономически целесообразная величина отклонений параметров (точность их поддержания) определяется в результате соизмерения дополнительных затрат на повышение точности (уменьшение диапазона колебаний) и уменьшения затрат (или увеличения прибыли), полученного в результате повышения этой точности. Таким образом, экономически целесообразно повышать точность соблюдения технологических параметров, если дополнительные затраты на ее повышение окупаются в необходимые (нормативные) сроки.

Так как точность поддержания технологических параметров устанавливается на технологически необходимом, технически возможном, экономически целесообразном уровне, то она является технико-экономическим показателем.

Технически возможная точность поддержания параметров, устанавливаемая в регламенте, зависит от планируемого уровня автоматизации ХТП, т.е. качества управления; экономически целесообразная – от обоснованности и полноты выполняемых экономических расчетов. В свою очередь, обоснованность и полнота расчетов в большой степени определяются полнотой и качеством технологической информации о ходе технологического процесса и экономической информации о его последствиях, научностью методики расчетов.

Фактическая точность поддержания технологических параметров и, следовательно, фактическая социально-экономичес-

101

кая эффективность ХТП зависят от качества регламента и фактического качества управления, т.е. фактической точности соблюдения регламентных норм. Итак, технологический регламент должен обеспечить безопасные, надежные и экономически эффективные результаты функционирования ХТП. Эти результаты проявляются системой результативных показателей.

9.2. ОСНОВЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Технологические параметры ХТП рассмотрим для аппарата, в котором этот процесс происходит.

Состояние технологических процессов находит выражение в особом виде информации – параметрах.

Параметр в технике есть величина, характеризующая ка- кое-либо свойство процесса, явления, системы, технического устройства. Существует громадное количество параметров, поэтому их необходимо классифицировать. Классифицировать параметры можно по многим признакам.

Параметры, характеризующие принадлежность процессов к основным областям науки – физике, химии, биологии и т.д., подразделяются, соответственно, на физические, химические, биологические и т.д.

По качественно-количественному признаку параметры можно разделить на две категории: качественные, выраженные логическими заключениями и потому имеющие субъективный характер, и количественные, выраженные в числовой форме.

По отношению к участникам технологического процесса, происходящего в аппарате, параметры подразделяются на входные, промежуточные (параметры состояния) и выходные.

К входным параметрам относятся расход (количество) сырья, полуфабрикатов, пара и других ресурсов, поступающих на вход системы (технологического аппарата), их качество, состояние и т.д.

102

Промежуточные параметры (параметры состояния) отражают ход технологического процесса (реакций, происходящих в аппарате). Их уровень и дисперсия зависят от входных параметров и определяют уровень и дисперсию выходных.

Выходные параметры характеризуют результативность технологического процесса.

Во все три группы параметров входят специфические для химико-технологических процессов параметры: температура (Т), давление (Р), концентрация веществ (С) и т.п. Для каждого из перечисленных технологических параметров устанавливаются оптимальный уровень и дисперсия отклонения параметров от оптимального уровня (точность поддержания).

Уровень и дисперсия промежуточных параметров (параметров состояния) определяют уровень и дисперсию выходных (результативных) и зависят от технологических параметров входа и качества управления процессом.

Выходные параметры подразделяются на чисто технологические (Т, Р, С) и результативные показатели.

Выходные результативные показатели – результаты преобразования входа – характеризуют социально-экономические последствия производства. Эти показатели подразделяются на технико-экономические (ТЭП), экономические (ЭП), социальные (СП).

ТЭП – первичные результативные показатели производства, отдельной его стадии или аппарата. Их уровень непосредственно определяется техническими возможностями оборудования, степенью совершенства технологии, уровнем и точностью поддержания параметров состояния, т.е. уровень и точность поддержания ТЭП являются функцией техники, технологии, качества управления процессом.

ТЭП отличаются большим разнообразием и классифицируются по следующим признакам: степени использования сырья (степень конверсии, степень контактирования, степень извлечения), уровню использования оборудования (производительность,

103

интенсивность), уровню влияния на возможности получения определенного количества готовой продукции и ее качества (выход на загруженное сырье, процент отбора целевых продуктов, процентное содержание полезного вещества или примесей в готовом продукте и т.д.).

Экономические показатели – это показатели, характеризующие затраты ресурсов на осуществление процесса, количество продукции, обобщенные экономические результаты (прибыль, себестоимость, капитальные вложения и т.д.). Они бывают общие и частные. Общие показатели отражают полные экономические результаты изменения технологических параметров процесса и все затраты на их достижение (например, прибыль и капитальные затраты), а частные – отдельные экономические результаты изменения технологических параметров процесса и отдельные затраты на их достижение (например, расходные нормы ресурсов, определяющие их затраты, себестоимость продукции, капитальные вложения на реализацию процесса).

Социальные показатели – это, главным образом, показатели, характеризующие экологическое состояние окружающей среды, условия труда работающих, уровень пожаро- и взрывоопасности процесса (процент вредного вещества в отходящих газах, выбрасываемых в атмосферу, процент пыли и температура в производственном помещении и др.).

Известно, что первичные результаты автоматизации ХТП заключаются в повышении точности поддержания технологических параметров, характеризующих результативность процесса.

Однако предварительно должен быть определен оптимальный их уровень, что, в свою очередь, требует анализа для выявления необходимости и возможности их оптимизации.

Оптимальным будем называть ХТП, параметры которого установлены при экстремальном значении результативного пока-

104

зателя этого процесса, отражающего его эффективность и принятого за критерий оптимальности.

Несмотря на разнообразие ХТП, можно выделить их общие особенности, которые в совокупности определяют необходимость их оптимизации.

Как объект оптимизации ХТП характеризуется следующими особенностями:

1.Каждый ХТП осуществляется в определенном аппарате при выбранных его конструкции и технологическом процессе.

2.Каждый процесс характеризуется определенным количеством технологических параметров, при котором он может быть осуществлен.

3.В каждом аппарате существует целая область значений этих параметров, в пределах которой процесс может быть осуществлен. Каждое сочетание параметров – это вариант осуществления процесса, т.е. существует много технологически возможных вариантов осуществления процесса в этом аппарате.

4.Каждый процесс (вариант) осуществляется при определенных ограничениях на ресурсы и технологические параметры (например, на температуру, расход сырья или себестоимость).

5.Варианты процесса отличаются разной эффективностью, разным соотношением затрат и результатов.

6.Результативные технико-экономические показатели ХТП (степень извлечения, выход продукта на загруженное сырье, производительность аппарата) изменяются, как правило, при изменении технологических параметров процесса по экстремальным кривым.

Происходит это потому, что в основе ХТП лежат разнообразные химические реакции. Многие из них являются обратимыми. Кроме того, для химической технологии характерно наличие рециклов, а в этих случаях существует экстремальная зависимость результативных ТЭП от кратности циркуляции.

7.Общие экономические показатели, характеризующие результативность, экономичность процесса, при изменении тех-

105

нологических и, следовательно, технико-экономических показателей изменяются также по экстремальным кривым. Происходит это как вследствие характера изменения ТЭП, так и вследствие того, что различные ТЭП и частные экономические показатели изменяются разнонаправленно.

Все эти особенности обусловливают необходимость выбора экономически оптимального варианта осуществления ХТП, т.е. ХТП объективно нуждается в экономической оптимизации. Кроме того, ХТП, как уже отмечалось, в большей части непрерывны, высокоинтенсивны, отличаются жесткими технологическими связями, многотоннажны, пожаро- и взрывоопасны. Все это существенно усиливает необходимость их оптимизации.

Существуют и объективные возможности оптимизации

ХТП:

а) ХТП располагает ресурсами оптимизации: степенями свободы, различными возможностями управляющего воздействия, которые позволяют изменить состояние объекта в соответствии с теми или другими требованиями;

б) может быть разработана математическая модель процесса. Как следует из ранее принятого определения оптимального процесса, оптимальный уровень характеризующих его технологических параметров, а следовательно, и процесса ус-

танавливается в зависимости от критерия оптимальности. Таким образом, оптимальный процесс – это самый эффек-

тивный из всего количества возможных вариантов его осуществления. Но эффективность эта относительная, она определяется для данного процесса, параметра относительно выбранного показателя, принятого за критерий оптимальности. Поэтому, если для одного и того же процесса при тех же условиях изменить критерий или при этом же критерии изменить условия осуществления, оптимальным будет уже другой уровень параметров. Следовательно, оптимальные параметры должны устанавливаться вновь,

106

если изменились цель, критерий оптимальности или условия реализации процесса.

Итак, критерий оптимальности – это показатель, по величине которого принимается решение об оптимальности ТП

(ХТП).

Естественно, что необоснованный выбор критерия оптимальности наносит ущерб субъекту, выбирающему оптимальный вариант, поскольку цель или не достигается, или достигается с большими затратами.

Из этого следует, что правильный выбор показателя, принимаемого за критерий оптимальности, имеет большое значение. Можно, по-видимому, предположить, что есть общие требования, которым должен удовлетворять любой показатель, принятый за критерий оптимальности, частные критерии, специфически характеризующие его в конкретных ситуациях.

9.3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КРИТЕРИЮ ОПТИМАЛЬНОСТИ

Необходимо, чтобы в каждой задаче на оптимизацию критерий был единственным, так как существуют ситуации, когда разные результативные показатели технологического процесса, из которых выбирается критерий, могут изменяться разнонаправленно. В этом случае вывод об оптимальных условиях осуществления процесса будет субъективным.

Каждый показатель, принятый за критерий оптимальности, должен отражать цель оптимизации и обладать следующими свойствами:

– полностью отражать результаты изменения параметров технологического процесса (экономические, технологические, социальные) для финансирующей затраты на оптимизацию организации;

107

–иметь количественное выражение, иначе он не выполнит своего назначения;

–иметь тесную связь с оптимизируемыми параметрами (иначе он не отразит полные результаты изменения оптимизируемых параметров процесса);

–должна существовать возможность его непрерывного измерения (если это ТЭП) и методика учета и фактический учет (если это ЭП);

–должна существовать экстремальная зависимость между критерием и изменением оптимизируемых параметров.

Специальные требования к критерию оптимальности зависят от целей оптимизации. Цели могут быть экономическими, социальными, технологическими.

В зависимости от целей оптимизации и, соответственно, особенностей показателя, принятого за критерий оптимальности, различают технологически, экономически, социально оптимальные процессы (параметры).

Если цель оптимизации – полнота представлений, знаний

офизико-химических условиях осуществления процесса, то устанавливается технологически оптимальный процесс. За критерий оптимальности принимаются ТЭП.

Если цель оптимизации – выбор варианта, который обеспечит максимальный экономический эффект, то устанавливается экономически оптимальный процесс. За критерий оптимальности принимается экономический показатель. Этот показатель должен отражать полные экономические последствия изменения параметров процесса. При этом аналитическое выражение критерия (показателя, принятого в качестве критерия оптимальности) может быть различным. Оно определяется конкретной ситуацией, в пределах которой происходит изменение параметров процесса. Однако при этом во всех случаях экономическое содержание разных показателей, принятых за критерий оптимальности, должно оставаться одинаковым – это полнота учета экономических результатов изменения параметров процесса.

108

Прежде чем производить отбор результативных показателей, которые можно было бы принять в качестве критериев оптимальности, необходимо выполнить их анализ на соответствие требованиям, предъявляемым к критерию экономической оптимальности.

ТЭП взаимозависимы, улучшение одних может привести к ухудшению других. Например, повышается скорость реакций (интенсивность процесса), уменьшается выход продукта на загруженное сырье, степень конверсии и т.д. Поэтому, чтобы оценить экономическую результативность процесса, ТЭП необходимо суммировать. Однако суммировать их объективно невозможно, так как каждый из них – относительный показатель. По изменению каждого из ТЭП об экономических результатах можно делать только относительное заключение: лучше, хуже, больше, меньше. Затраты ресурсов этими показателями не учитываются вовсе. Хотя для улучшения TЭП необходимы дополнительные затраты, но вследствие этого уменьшаются другие затраты. Поэтому уровень ТЭП должен быть экономически обоснован. Но так как их уровень и дисперсия зависят от уровня и дисперсии технологических параметров, то экономическое обоснование выполняется в пределах технологических и социальных ограничений, а также технических возможностей управления ими.

Очевидно, что если принять за критерий оптимальности ТЭП, то можно определить оптимальные технологические параметры, при установлении которых (их уровня и дисперсии) достигается наилучшее (максимальное или минимальное) значение одного ТЭП, не дающее, как правило, полного представления об экономичности анализируемого процесса.

Следовательно, за критерий экономической оптимальности ТЭП может быть принят только в частном случае после выполнения технико-экономического анализа.

Частные экономические показатели, как и ТЭП, взаимозависимы, при изменении технологических параметров процесса

109