Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы биоинженерии. Учебно-методическое пособие
.pdf
с. графическое решение строительства
д. экономическая целесообразность строительства
е. конкретные условия строительства
5.В состав технического проекта не входят:
а. общая пояснительная записка
в. технико-экономическая часть
с. маркетинг и менеджмент
д. технологическая часть
е. сметная часть
6.Бакалавр-биотехнолог, работающий в проектной организации не занимается:
а. разработкой технологической схемы
. исследованием метаболизма микроорганизмов – продуцентов
в
с. выбором оборудования
д. размещением оборудования
е. оформлением проектной документации
31
Лекция 4.
Проектирование как наука. Проектирование с применением САПР. Состав
САПР и ее возможности. Основные понятия технологического
проектирования. Классификация технологических схем. Технологический
режим и его выбор. Экономическая оптимизация.
План лекции
1. Проектирование как наука
2. Проектирование с применением САПР. Состав САПР и ее возможности
3. Основные понятия технологического проектирования
4. Классификация технологических схем
5. Технологический режим и его выбор
6. Экономическая оптимизация
1. В настоящее время проектирование превращается из искусства в специальный предмет научного исследования. Этому способствуют высокие темпы
технического прогресса, которые приводят к тому, что за время проектирования и
ввода в строй промышленного объекта технология претерпевает значительные изменения. Проектировщику приходится принимать в проекте технические решения,
не полностью обеспеченные исходными данными, т.е. содержащие элементы технического риска. В этих условиях автор проекта должен обладать значительной
эрудицией,
рые помогли бы ему принять правильное проектное решение.
Количественная оценка технического риска проводится из техникоэкономических соображений, однако риск допустим лишь в том случае, когда новое техническое решение не может привести к отрицательным последствиям.
Технический риск прямо пропорционален показателям затрат, определяемым
обычными методами
пеха. Показатель вероятности успеха определяется методами, не относящимися
собственно к проектированию: технический расчет, статистическая оценка
имеющегося опыта, экспертная оценка.
В науке о проектировании главное внимание уделяется методике обоснования
каждого проектного решения. От степени обоснованности проектных решений, в
частности, зависят технико-экономические показатели проектируемого объекта,
сроки пуска и освоения нового предприятия. Наиболее важным техникоэкономическим критерием выбора проектного решения является себестоимость
продукта. Вторым основным показателем обоснованности проектных решений является качество продукции.
специальными знаниями, и высоким чувством ответственности, кото-
проектирования, и обратно пропорционален вероятности ус-
научно-
32
Выводы и показатели, полученные в результате проектной проработки, носят
объективный характер. Изменение любого проектного решения влечет за собой
изменения в смежных разделах проекта и изменения в технико-экономических
показателях. Поэтому проектирование можно рассматривать как метод
аналитического исследования характеристик производства с целью определения
экономически оптимальных решений по всем разделам проекта.
Задача поиска
оптимума предполагает наличие в процессе проектирования
двух взаимосвязанных частей: разработки проектных решений и их оценки как в
процессе разработки, так и после его завершения.
2. Оценка проектных решений производится с использованием
количественных экономических критериев и может быть формализована, что и
позволят внедрять современные математические методы и электронновычислительную технику. Однако
выработка проектных решений остается на
уровне искусства, т.е. с трудом поддается формализации. Первые опыты в этой
области проведены лишь в части материальных балансов, на примере которых уже
разработаны определенные приемы: исследование операции в комплексе методов
системного анализа. Под исследованием операций понимают теорию массового
обслуживания, линейное программирование, динамическое программирование,
решение
сетевых задач, модели управления запасами и т.д. В ближайшем
будущем эти методы будут использоваться с внедрением в процесс
проектирования современных технических средств.
Однако любая попытка формализовать процесс принятия проектного решения
не может исключить роли человеческого фактора: интуиции, знаний, умения
ориентироваться в потоке информации и принимать нестандартные и
перспективные проектные решения
.
В связи с ускорением темпов научно-технического прогресса задачи
проектирования становятся все более сложными, требуется сокращение сроков
проектирования и снижение стоимости проектных работ. Все большее значение
приобретает многовариантное проектирование.
Уровень проектирования и качество проектов повышается с применением
математических методов ЭВМ, поэтому необходимо широко применять
автоматизацию проектирования, средства математического моделирования и
машинной графики.
Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) позволит
быстро находить оптимальные проектные решения по усовершенствованию
технологии, оборудования и методов контроля и, кроме того, осуществлять
прогнозирование развития производств.
В состав САПР входят ЭВМ, средства хранения и обработки информации,
размножения проектной документации и чертежей.
С помощью САПР уже успешно решаются задачи определения оптимального
территориального расположения промышленных зон и заводов, оптимальной объ-
33
емно-планировочной компоновки, расчет грузопотоков, загрузки оборудования и
т.д. Процесс проектирования при этом разбивается на этапы, после выполнения
каждого из которых на ЭВМ проводятся все требуемые расчеты, и проектировщик
подходит к следующему этапу. Высокая скорость обработки информации на ЭВМ
позволяет сразу получить рассчитанные данные для следующих этапов. Наиболее
эффективной является
совместная работа дисплея для рабочего проектирования и
крупномасштабного чертежного автомата для графического изображения окончательных результатов работы.
3. Технологическая схема представляет собой описание, либо графическое
изображение последовательности операций и процессов, необходимых для
получения данного вида продукта из определенного вида сырья с их
материальными и энергетическими связями (потоками).
Материальным потоком называется
количество твердых, жидких или
газообразных продуктов, поступающих или выходящих из аппарата или его части
в единицу времени.
Операцией или физическим процессом называется механическое воздействие
на материалы, не приводящее к изменению молекулярного состава, например,
сушка, дробление, транспортировка. При этом происходит только затрата или
преобразование энергии. При условном изображении схемы операция
изображается
кружком и называется вспомогательным оператором.
Процессом называется изменение в системе, приводящее к возникновению
новых свойств вещества – растворение, химическое взаимодействие и пр. Процесс
является основным оператором и условно обозначается квадратом.
Операции и процессы существуют периодические и непрерывные.
В периодическом процессе или операции все основные стадии - загрузка,
взаимодействие, выгрузка – выполняются последовательно в одном
аппарате.
Производительность аппарата при этом меняется от нуля (в момент загрузки и
выгрузки) до максимальной.
В непрерывном процессе или операции основные стадии осуществляются
одновременно и непрерывно в течение длительного времени. Интенсивность
работы такого аппарата постоянна, его легко автоматизировать и механизировать.
Технологическая схема состоит из отдельных технологических узлов, которые
объединяют процессы
и операции в отдельные самостоятельные группы.
Технологическим узлом называется аппарат или группа аппаратов с
обвязывающими трубопроводами, в которых начинается и полностью
заканчивается один из химических или физических процессов, необходимых для
получения целевого продукта. Например: узел транспортировки жидкостей с
помощью насоса; узел сушки и фильтрации; узел обвязки ферментера.
4. Технологические схемы
классифицируются по принципу организации
работы и по организации потоков реагентов.
34
По принципу организации работы различают схемы периодические и
непрерывные, в зависимости от периодической или непрерывной организации
работы аппаратов.
Периодические схемы применяются в биотехнологии в тех производствах, где
мала производительность или часто меняется вид сырья.
Крупные (мощные) производства работают непрерывно, хотя отдельные узлы
или нитки в такой схеме могут работать периодически.
организации потоков реагентов схемы классифицируют в зависимости от
По
вида связи между элементами схемы. Связи между элементами схемы различают:
последовательные
последовательнообводные (байпас)
параллельные
обратные (рециклы)
перекрестные
Рисунок 1 - Классификация технологических схем по организации потоков
реагентов
35
В соответствии с этим различают схемы с открытой цепью и циркуляционные.
В схемах с открытой цепью поток реагентов проходит все стадии переработки и
выходит в виде главного продукта. Степень превращения исходного сырья в
продукт здесь велика, а потери малы. В циркуляционных схемах выход за один
цикл невелик, сырье возвращается на доработку
. В смешанных или
комбинированных схемах поток основного вещества организован по типу
открытой цепи, а вспомогательные вещества могут возвращаться.
Технологическую схему всегда представляют графически. По способу
изображения различают структурную технологическую схему, аппаратурнотехнологическую схему и операторную схему.
Структурная схема – схема материальных и энергетических потоков с
условным изображением операций. В аппаратурно-технологической
схеме
указываются конкретно типы аппаратов для каждого процесса и операции. Такая
схема называется функциональной.
Операторная схема предполагает использование типовых технологических
операторов.
Прежде, чем разрабатывать детальную схему, необходимо выбрать метод
производства. Для разрешения этого вопроса выясняются источники сырья,
энергетические средства, возможности использования промежуточных продуктов
и отходов. Методы сравниваются по потребности в кадрах
, по возможности
автоматизации технологического процесса, по их простоте, безопасности и
отработанности в промышленных условиях.
Выбрав метод, уточняют количество и характер основных и вспомогательных
операций и технологическую последовательность. Результаты изображают
графически в виде структурной технологической схемы. Параллельно
разрабатывается и выбирается оборудование. В результате создается аппаратурнотехнологическая схема.
Таким образом, создание аппаратурно-
технологической схемы условно
разбивается на два этапа: разработку схемы и выбор аппаратуры. Причем эти два
процесса тесно переплетаются и их нельзя рассматривать изолированно.
Аппаратурно-технологическая схема является основой проекта. На этой стадии
проектирования возможны несколько вариантов, преимущества каждого из
которых не очевидны. Поэтому необходим тщательный анализ вариантов.
Ниже перечислены важнейшие характеристики
технологической схемы,
которые служат для ее оценки и сравнительного анализа.
1. Сравнительный анализ и обоснование выбранного метода производства в
соответствии с конкретными условиями.
2. Определение основных и вспомогательных физико-химических процессов и
их последовательности.
3. Аппаратурное оформление процесса.
4. Решение о способах приема сырья и способах выдачи готовой продукции.
Определение путей и методов удаления отходов производства.
5.
36
6. Механизация и автоматизации всех непрерывных и периодических
процессов.
7. Обеспечение техники безопасности и охраны окружающей среды.
8. Составление перспективных планов производства.
9. Диаметры и протяженность технологических трубопроводов и выбор труб.
5. Работа каждого аппарата характеризуется определенным технологическим
режимом. Технологическим режимом называется совокупность параметров,
определяющих условия работы аппарата (температура, давление
, концентрация и
др.). Выбор технологического режима, как и принятие любого другого проектного
решения, проводится в соответствии со следующими принципами:
- объективность, что подразумевает сочетание необходимости, возможности и
эффективности;
- прогрессивность и экономичность. Подразумевают наличие новизны,
оригинальности и рациональности в области техники, организации, в социальном
и экономическом аспектах;
- оптимальность – нахождение компромиссного варианта
;
- перспективность – наличие возможности дальнейшего совершенствования
конструкции, автоматизации, получения нового продукта и др.;
- безопасность;
- долговечность и устойчивость конструкции аппарата в выбранном режиме.
Все эти принципы применяются к любому производству по-разному.
6. Рассмотрим более подробно смысл экономической оптимизации режима.
Для выбора экономически оптимального режима, прежде всего, необходимо
выбрать критерий
оптимизации. Таким критерием могут быть себестоимость
продукта или рентабельность.
Себестоимость любого продукта в первом приближении состоит из ряда
элементов:
- расход сырья и материалов;
- энергетические затраты: а) технологическая электроэнергия; б) не
технологические затраты электроэнергии; в) вода; г) пар; д) газы;
- капитальные затраты (здания, сооружения, аппаратура и их обслуживание);
- заработанная плата
рабочих и ИТР;
- общецеховые и общезаводские расходы.
В случаях, когда критерием оптимизации является себестоимость, оптимальный с экономической точки зрения режим должен обеспечить минимальную себестоимость получаемого продукта. При этом от каждого оптимизируемого параметра могут зависеть не все элементы себестоимости, а лишь некоторые. Однако в
самом общем случае изменение
параметра оказывает влияние на все элементы себестоимости. Наиболее простым способом выбора оптимального режима (одновременно всех параметров) является статистический анализ работы действующего
37
производства. При этом создается математическая модель, которая связывает оптимизированные параметры с критерием оптимизации. Затем модель подвергается
математическому анализу с целью нахождения оптимума.
Вопросы для самоподготовки
1. Проектирование как наука.
2. Что такое технологический риск.
3. Технико-экономические критерии выбора проектного решения.
4. Оценка проектных решений.
5. Роль человеческого фактора в принятии проектного решения.
6. Пути повышения уровня проектирования и качества дипломных проектов.
7. Возможности и преимущества САПР.
8. Состав САПР.
9. Процесс проектирования с применением САПР
10.Определение понятий «Технологическая схема», «Материальный поток»,
«Операция», «Процесс», «Технологический узел», «Технологический режим».
11.Классификация операций и процессов, технологических схем.
12.Принципы выбора производства.
13.Характеристики технологической схемы для ее оценки и сравнительного анализа.
14.Принципы выбора технологического режима.
15.Экономическая оптимизация. Критерии оптимизации.
16.Себестоимость как критерий оптимизации и ее элементы.
Тестовые
1. Если в проекте приняты технические решения, не полностью обеспеченные
исходными данными, то это:
а. запрещается правилами и нормами проектирования
в. технический риск
с. невозможно просчитать
д. технические ошибки
е. позволяет повысить эффективность принятых решений
2. Количественная оценка технического риска:
а. невозможна
в. проводится из техникос. приводит к отрицательным последствиям
д. свидетельствует об эрудиции проектировщика
е. проводится зарубежными экспертами
3. Наиболее важный технико-экономический критерий выбора проектного решения:
а. себестоимость продукции
в. цена продукции
задания для самоподготовки
экономических соображений
.
38
с. количество продукции
д. номенклатура
е. ассортимент
4. Оценка проектных решений:
а. невозможна
в. проводится с использованием количественных экономических критериев
с. не может быть формализована
д. не предполагает внедрение современных математических методов
е. остается на уровне искусства
5. Исследование операций в комплексе методов системного анализа не использует:
а. теорию массового
обслуживания
в. линейное программирование
с. динамическое программирование
д. исследование кинетики роста микроорганизмов
е. решение сетевых задач
6. Внедрение САПР не позволяет:
а. быстро находить оптимальные проектные решения
в. осуществлять прогнозирование развития производства
с. облегчить работу проектировщика
д. полностью устранить ручной труд
е. повысить производительность труда
7. В состав САПР не
входят:
а. компьютер, дисплей и плотер
в. средства хранения информации
с. средства обработки информации
д. кульман, рейсфедер и фломастеры
е. средства размножения документации
8.Наиболее эффективно при использовании САПР сочетать работу:
а. кульмана, дисплея
в. компьютера, дисплея, плотера, ксерокса
с. кульмана, ксерокса
д. компьютера, кульмана
е. ксерокса, плотера, рейсфедера и фломастеров
9.Технологическая схема – это:
а. материальные потоки
в. энергетические потоки
с. описание или графическое изображение последовательности операций и
процессов
д. описание или графическое изображение материальных потоков
39
с. изображение всех аппаратов
10.Материальный поток – это:
а. количество сырья, перерабатываемое в сутки
в. количество продуктов, поступающих или выходящих из аппарата в единицу
времени
с. количество продукта за год
д. количество твердых продуктов в единицу времени
е. количество жидких продуктов в единицу времени
11.Операция или физический процесс – это:
. механическое воздействие на материалы, не приводящее к изменению
а
молекулярного состава
в. механическое воздействие на материалы, приводящее к изменению
молекулярного состава
с. возникновение новых свойств вещества
д. растворение, химическая реакция
е. основной оператор
12.Процесс – это:
а. вспомогательный оператор
в. изменение в системе, приводящее к возникновению новых свойств вещества
с. дробление,
транспортировка
д. только затрата и преобразование энергии
е. обозначение кружком
13.В непрерывном процессе основные стадии осуществляются:
а. последовательно в одном аппарате
в. одновременно и непрерывно в течение длительного времени
с. с производительностью от нуля до максимума
д. параллельно в нескольких аппаратах
е. последовательно в нескольких аппаратах
14.По организации потоков
реагентов технологические схемы не бывают:
а. последовательные
в. последовательно-обводные
с. параллельные
д. обратные
е. виртуальные
15.Создание аппаратурно-технологической схемы условно разделяют на два этапа:
а. выбор аппаратуры и режим работы
в. разработка схемы и выбор аппаратуры
с. выбор режима работы и параметров процесса
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]