Современные проблемы в области аппаратурного оформления пищевых производств

31

эксперимент – проверяется истинность выдвигаемых гипотез или происходит выявление закономерностей объективного мира; в ходе эксперимента условия могут изолироваться, усиливаться, ослабляться и т.д.;

обобщение – определение общего понятия, в котором находится отражение основного свойства, характеризующего объект определённого класса;

метод индукции, основанный на умозаключении, берущем своё начало от частных случаев и приводящем к общему выводу, от единичных факторов к обобщениям;

метод дедукции, основанный на умозаключении от общего к частному, от общих суждений о явлениях, процессах и объектах к конкретным выводам о них;

анализ – метод мысленного расчленения или физического разложения исследуемого объекта на составные части и последующего их изучения;

синтез – метод изучения объекта в его целостности и во взаимосвязи его частей.

На практике при изучении сложных систем методы анализа часто чередуются с методами синтеза, но синтез относится обычно к заключительному этапу исследования.

Анализ или синтез можно проводить при помощи следу-

ющих методов:

прямого или эмпирического (используется для выделения отдельных частей объекта, обнаружения его свойств, проведения простейших измерений и т.п.);

возвратного или элементарно-теоретического, базирующегося на представлениях о причинно-следственных связях различных явлений;

структурно-генетического (выявление и исключение явлений, оказывающих сложное влияние на объект);

абстрагирования (из объекта выделяются и изучаются наиболее существенные его признаки);

аналогии (выявляются сходства, существующие в природе и технике). Следует иметь в виду, что аналогия тесно связана с моделированием или модельным экспериментом;

32

аксиоматического (некоторые утверждения – аксиомы – принимаются без доказательств и используются для получения остальных знаний по определённым логическим правилам);

ранжирования (среди большого количества факторов выделяются главные и исключаются второстепенные, существенно не влияющие на исследуемое явление или объект);

формализации (объект или явление отображается в знаковой форме какого-либо искусственного языка (химии, математики и т.д.) и дальнейшие исследования проводятся при помощи этого языка);

гипотетического (научная гипотеза разрабатывается на основе изучения физико-химических, механических и других свойств объекта). При использовании этого метода исследователи прибегают к идеализации, когда объекты наделяются гипотетическими, практически не существующими свойствами;

исторического (исследование возникновения, формирования и развития объектов в хронологическом порядке).

Все перечисленные методы делятся на ряд уровней: эмпирический, экспериментально-теоретический, теоретический и метатеоретический.

Методы экспериментально-теоретического уровня (эксперимент, анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, гипотетический и исторический методы) помогают исследователю обнаружить те или иные достоверные факты и произвести их накопление.

Методы теоретического уровня (абстрагирование, идеализация, формализация, анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и т.д.) позволяют производить логическое исследование собранных фактов, осуществлять выработку понятий, суждений и умозаключений, а также теоретических обобщений.

С помощью метатеоретических методов (диалектический метод и системный анализ) исследуется сама теория: пути построения и границы её применения, системы положений и понятий данной теории.

33

3.ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ИНАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

3.1.Основные пути повышения эффективности

инадежности аппаратурного оформления

В настоящее время безопасность сложной техники является доминирующим фактором. Требования к безопасности изделия в целом трансформируются в требования к надежности составляющих его компонентов. Таким образом, методы теории надежности становятся поддерживающими технологиями и должны рассматриваться в тесной взаимосвязи с методами теории безопасности.

С 1 июля 2003 года вступил в силу Федеральный закон «О техническом регулировании» [9]. В соответствии с этим законом обязательные требования безопасности должны устанавливаться в технических регламентах – документах, принимаемых в качестве федерального закона, постановления Правительства Российской Федерации, а в отдельных случаях – указа Президента страны. Такой подход к заданию требований безопасности, несомненно, стимулирует развитие работ по анализу и оценке риска, так как согласно этому закону выбор форм и схем подтверждения соответствия продукции требованиям технического регламента должен осуществляться с учетом риска причинения вреда.

Одним из важнейших эксплуатационных показателей качества машины является надежность.

Надежность – свойство объекта сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность – сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из соче-

34

таний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости [10].

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению причин возникновения отказов, повреждений, поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и/или транспортирования.

Комплексный показатель надежности – показатель, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Наработка на отказ – продолжительность или объем работы объекта; выражается в единицах объема выполненной работы за промежуток времени или время функционирования.

Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Ресурс – регламентированное время работы изделия, определяющее его долговечность.

Качество машины определяется следующей системой

производственно-технологических показателей.

Станкоёмкость – продолжительность времени, в течение которого должны быть заняты станки или другое оборудование для изготовления всех деталей изделия.

Производственный цикл – интервал времени от начала до конца процесса изготовления или ремонта изделия.

35

Конструктивистская преемственность изделия – свой-

ство изделия, определяющее возможность использования в нем деталей и сборочных единиц, применяемых в других изделиях.

Технологическая преемственность изделия – свойство из-

делия, определяющее возможность использования отдельных технологических операций и средств технологического оснащения для изготовления или ремонта.

3.2. Методы проектирования с учетом этапов жизненного цикла машин и их элементов

Освоение информационных технологий в инженерной сфере в предыдущие годы позволило перевести решение многих проектных задач на компьютерную основу [11]. Дальнейшее развитие компьютерных методов и средств выполнения проектных работ должно двигаться прежде всего в направлении освоения автоматизированных средств управления процессами конструкторского и технологического проектирования. В качестве примера бизнес-процесса рассмотрим выполнение проекта по созданию нового изделия машиностроения либо модернизации выпускаемых моделей изделий. Под CALS-технологией (англ.

Continuous Acquisition and Lifecycle Support – непрерывная ин-

формационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий) понимается организация производства новой продукции на базе ЭВМ и сквозных компьютерных технологий, охватывающих процессы жизненного цикла изделия от разработки дизайна, проектирования и запуска в производство до сбыта и сопровождения в эксплуатации, включая утилизацию после завершения эксплуатации.

В основе CALS-технологии лежит электронный обмен информацией на всех этапах жизненного цикла изделия, описанный в международных стандартах. Эти стандарты определяют обмен проектными и производственными данными как между подразделениями предприятия, гак и между предприятиями в рамках экономической кооперации. Идеи CALS-технологии были продиктованы необходимостью сокращения времени выпуска на рынок новых изделий.

36

Принципы CALS-технологии должны стать основным инструментом компьютеризации производственной деятельности отечественных предприятий и средством их развития. На каждом предприятии необходимо выделить наиболее развитые участки производства с точки зрения оснащения, интеллектуального потенциала, освоения новых технологий и организовать

вкомпьютерной среде работу всех исполнителей, участвующих

вопределенном виртуальном бизнес-процессе. Такой подход не требует изменений в существующей организационной структуре подразделений предприятия, что всегда чревато дезорганизацией производства.

Воснове CALS-технологии лежит процессный подход к проблемам компьютеризации предприятия. Это означает, что основное внимание должно быть уделено компьютерному моделированию процессов проектирования и производства, обеспечению информационной и программной поддержки этих процессов, электронному сопровождению процессов на основе электронного документооборота. При этом следует иметь в виду, что эффективность функционирования процесса определяется прежде всего составом компонентов, участвующих в процессе, и соответствующей системой управления ими.

Системы, поддерживающие процессы разработки и постановки на производство новых изделий, относят к классу

PLM-систем (Product Lifecycle Management – управление жиз-

ненным циклом продукта). Этот класс систем охватывает следующие области [12].

САD-системы (Computer Aided Design – компьютерная поддержка проектирования) – предназначены для решения проектных задач на базе вычислительной геометрии при интерактивном взаимодействии с проектировщиком; моделируют объект проектирования как на плоскости – 2D-модель (Dimensions – размер), так и в пространстве – 3D-модель; включают средства получения чертежей; содержат геометрические библиотеки стандартных деталей и типовых элементов конструкций и документов.

САЕ-системы (Computer Aided Engineering – компью-

терная поддержка инженерных расчетов) – предназначены для

37

проведения компьютерного анализа различных свойств объектов проектирования и процессов его изготовления и эксплуатации; различают проверочные системы, которые определяют характеристики объекта на основе его геометрической модели (2D или 3D) с использованием различных вычислительных методов, и оптимизационные системы, которые определяют геометрические параметры объекта по заданным условиям и ограничениям.

САМ-системы (Computer Aided Manufacturing – компь-

ютерная поддержка изготовления) – предназначены для программирования оборудования с ЧПУ; обеспечивают автоматическую траекторию инструмента на основе геометрической модели (2D или 3D) обрабатываемой поверхности и заданных технологических параметров; позволяют выявлять геометрические конфликты; моделируют процесс обработки и обеспечивают его контроль до выхода на станок; располагают средствами адаптации к оборудованию.

САРР-системы (Computer Aided Process Planning –

компьютерная поддержка процессов планирования) – предназначены для проектирования техпроцессов и оформления технологической документации; содержат базы данных по материалам, ассортименту, оборудованию, технологической оснастке и прочим технологическим и производственным сведениям; позволяют рассчитывать технологические режимы и нормы времени, а также настраиваться на формы документов в соответствии с ЕСКД.

CNC-системы (Computer Numerical Control – компью-

терное числовое управление) – предназначены для непосредственного программного управления технологическим оборудованием на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), встроенных в технологическое оборудование.

PDM-системы (Product Data Management – управление проектными данными) – предназначены для хранения и управления данными об объектах проектирования, электронной конструкторской и технологической документацией, данными о процессах проектирования, обеспечивают функции электронного конструкторского архива, доступа к информации и ее защиты.

38

Поддержка процессов управления материальными ресурсами, финансовыми потоками, складским хозяйством, основными фондами, персоналом, планированием производства, сбытом и обслуживанием продукт относится к компетенции

ERP-систем (Enterprise Resource Planning – управление ресур-

сами предприятия). В словаре основных терминов и определений международною сообщества APICS, который регулярно обновляйся по мере развития теории и практики управления, содержится наиболее полное и точное определение ERP-системы. В соответствии со словарем APICS, термин «ERP-система» может употребляться в двух значениях:

информационная система для идентификации и планирования всех ресурсов предприятия, которые необходимы для осуществления продаж, производства, закупок и учета в процессе выполнения клиентских заказов;

методология эффективного планирования и управления всеми ресурсами предприятия, которые необходимы для осуществления продаж, производства, закупок и учета при исполнении заказов клиентов в сферах производства и оказания услуг.

Таким образом, термин ERP может означать не только информационную систему, но и соответствующую методологию управления производственной деятельностью предприятия, реализуемую и поддерживаемую этой информационной системой.

Большинство современных ERP-систем построены по модульному принципу, что дает возможность выбора и внедрения лишь тех модулей, которые действительно необходимы на конкретном предприятии. Модули разных ERP-систем могут отличаться как по названиям, так и по содержанию. Тем не менее, есть некоторый набор функций, который может считаться типовым для формальных продуктов класса ERP. Такими типовыми функциями являются:

 ведение конструкторских и технологических специфи-

каций, которые определяют состав конечного изделия, материальные ресурсы и операции, необходимые для его изготовления,

атакже маршрутизацию процесса изготовления;

управление спросом и формирование планов продаж и производства, что позволяет прогнозировать спрос и планиро-

39

вать выпуск продукции;

планирование потребностей в материалах, что позволяет определять объемы различных видов материальных ресурсов (сырья, материалов, комплектующих), необходимых для выполнения производственного плана, а также сроки поставок, размеры партий и т. д.;

управление запасами и закупочной деятельностью, включая организацию и сопровождение договоров, реализацию схемы централизованных закупок, обеспечение учета и оптимизации складских запасов и т. д.;

планирование производственных мощностей, направленное на контроль наличия доступных мощностей и их загрузку, включая укрупненное планирование мощностей (для оценки реалистичности производственных планов) и более детальное планирование, вплоть до отдельных рабочих центров;

управление финансовыми ресурсами, включая финансовый учет, управленческий учет, а также оперативное управление финансами;

управление проектами. Обеспечивают планирование задач проекта и ресурсов, необходимых для их реализации.

В Российской Федерации на данный момент Госстандарт России и Минэкономики России совместно финансируют разработки ряда первоочередных стандартов, которые открывают путь к внедрению CALS-технологий в российской промышленности. Так же создан и действует Технический комитет 459 при Госстандарте России, организованный на базе научноисследовательского центра CALS, основная задача которого – разработка стандартов в области CALS-технологии.

Первоочередные задачи для создания соответствующей нормативной базы освоения CALS-технологий на отечественных предприятиях определены по следующим основным направле-

ниям [13]:

1) подготовка адекватных переводов международных

стандартов и спецификаций и ввод их в действие в качестве национальных стандартов;

2) развитие стандартов ЕСКД – разработка дополнений к

40

действующим стандартам и создание новых стандартов; 3) разработка специальных стандартов по информацион-

ным технологиям.

3.3.Оптимальные конструктивные решения аппаратов технологических линий

пищевых производств

Проектирование высокопроизводительных и безотходных линий в технологиях пищевых производств с использованием сложных аппаратов и оборудования (например, центробежных насосов, массообменных аппаратов, мощных гидравлических и механических прессов, высокоскоростных центрифуг, шнековых, винтовых и червячных аппаратов), их изготовление, монтаж и эксплуатация требуют высоких знаний в области как фундаментальных, так и прикладных наук [14]. Технологические и биохимические процессы, как правило, протекают при высоких относительных скоростях движения взаимодействующих фаз, температурах и давлениях. Оборудование при этом подвержено коррозионному и эрозионному износу, внутренним или наружным нагрузкам, воздействиям малоциклового нагружения от механических, гидравлических, аэродинамических и тепловых воздействий.

Проектируя новые аппараты, или используя известные, инженер должен выбрать тип, конструктивные размеры аппарата, подобрать нужный материал и произвести прочностные расчеты. Проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов и аппаратов, работающих под давлением (избыточным) выше 0,07 МН/м2 (0,7 кг/см2), должно осуществляться в соответствии с нормами Гостехнадзора РФ. Основы конструирования и способы изготовления элементов аппаратов и сосудов изложены в специальной литературе [14, 15, 16 и др.].

Общие требования к технологичности конструкции [15]. 1. Аппарат должен иметь простую компоновку и простое конструктивное решение, не вызывающее затруднений при ее

сборке.