Учебный материал / Производственные технологии. А.В.Мовшович.-2006 / Производственные технологии пособие

Технологический

процесс

Технологический

процесс

а

Технологическая

операция (1 стадия)

в

Рис. 5.1. Схема структуры технологических систем:

а– параллельная система; б – последовательная система;

в– комбинированная система

Примером параллельных технологических систем могут служить отрасли народного хозяйства.

•однотипные технологические процессы объединяются в параллельную систему производственного цеха;

•последовательность цехов образует последовательную технологическую систему предприятия;

•однотипные предприятия объединяются в параллельную систему отрасли народного хозяйства;

•последовательность отраслей образует преимущественно последовательную систему народнохозяйственных комплексов;

•разнотипные, не связанные между собой комплексы, образуют народное хозяйство государства.

Примеры технологических систем:

•коксохимическая батарея состоит из отдельных камер, число которых доводят до 70. В каждой камере происходит один и тот же процесс коксования угля, но со сдвигом во времени, равным примерно 15 минутам (на выгрузку / загрузку). Однотипные технологические процессы коксования объединяются в параллельную технологическую систему (рис. 5.1, тип а), которую представляет собой коксохимическая батарея;

21

•первичная переработка нефти образует технологическую систему по последовательной схеме (рис. 5.1, тип б);

•целлюлозно-бумажное производство образует технологическую систему по комбинированной схеме (рис. 5.1, тип в).

Развитие технологических систем определяется возможными путями их оптимизации. Целью оптимизации технологических систем является получение максимума выпуска при минимуме затрат без качественного изменения объекта и его элементов.

Условие оптимизации параллельной технологической системы – максимум системного выпуска. Затраты прошлого и живого труда в системе до и после оптимизации постоянны.

Элементы системы качественно не изменяются, поэтому значения параметров уровня технологии в элементах системы также не изменяются. Задача заключается в некотором оптимальном перераспределении трудозатрат между элементами системы, которое выражается зависимостью:

ФYii = const,

где Yi – уровень технологии i-го элемента системы; Фi – затраты прошлого труда в i-м элементе системы; i – номер элемента системы, i = 1,…N.

Пропорция свидетельствует о распределении затрат прошлого труда по элементам системы соответственно значению уровня технологии. Чем выше значение уровня технологии в элементе, тем большая доля прошлого труда ему должна быть отведена.

Постановка задачи оптимизации последовательной технологической систе-

мы – обеспечение сбалансированности элементов по объему выпуска за определенный промежуток времени, т. е. по мощности. Иначе неизбежны простои некоторых элементов.

Это условие описывается уравнением:

ki2 Yi Фi = const,

где ki – коэффициент пропорциональности по мощности для i-го элемента системы.

В последовательных технологических системах доля прошлого труда в элементах должна быть обратной значению уровня технологии. Чем выше значение уровня технологии в некотором элементе системы, тем меньше объем прошлого труда.

22

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА

6.1. Анализ и характеристика существующих моделей оценки научнотехнологического развития производства

Современные методы и модели оценки научно-технологического развития производства можно объединить в три основные группы подходов: экономический,

технократический, системный.

Экономический подход позволяет производить сравнение производственных систем на основе соответствующих затрат и результатов:

1.Метод сравнительных издержек. Сравнение и анализ рентабельности предприятия производится по такому показателю, как издержки производства и (или) обращения.

2.Метод сравнения результирующих показателей производственно-

хозяйственной деятельности. Для оценки производственно-хозяйственной деятельности берутся показатели, отражающие ее эффективность, и затем сравниваются со средними по отрасли или наилучшими показателями за анализируемый период.

3.Метод "производственной функции". Производство рассматривается как система, которая характеризуется устойчивой функциональной зависимостью между затратами ресурсов на производство и выпуском продукции. Производственной функцией называется функциональная связь между допустимым уровнем затрат и соответствующим ему максимальным выпуском продукции. Все существующие способы производства некоторого продукта характеризуются соответствующей производственной функцией. Поэтому она может быть использована для выбора наиболее эффективного варианта.

4.Метод оценки производства с помощью параметра приведенных затрат.

Все затраты приводятся к единице продукции, что упрощает экономические расчеты. Тот вариант нововведения считается лучшим, который характеризуется минимумом приведенных затрат.

Технократический подход основан на анализе технологических процессов с помощью изобретательской деятельности. Для определения конкретного содержания научно-технического развития производства используют показатели:

•количество единиц новой техники;

•число изобретений;

•число статей, опубликованных в данной области;

•объем внедрения технических мероприятий и др.

Учет этих показателей способствует технологическому развитию производства. Однако трудно определить экономическую эффективность новой техники, так как в начале ее применения она имеет более низкие показатели по сравнению с базовой. Только в процессе распространения опыта использования новой техники начинают проявляться ее преимущества. Таким образом, технократический подход больше характеризует процесс возникновения, а не развития новой технологии.

Системный подход. При данном подходе считается, что материальное производство представляет собой сложную систему взаимосвязанных элементов. Технологическое состояние производства определяется по уровню развития

23

технологического процесса. Поэтому проблема развития производства решается путем усовершенствования технологического процесса. Модели оценки развития технологических процессов:

1.Модель научно-технического развития В. А. Трапез-никова. Особенность предлагаемой модели состоит в учете влияния на рост производительности труда двух производственных факторов: уровня организационных и технических решений, заложенных в производство и величины затрат на технологическое оснащение рабочего места (фондовооруженность). В этой модели большое значение придается и нематериальной стороне производственного процесса: обладании информацией, навыками как необходимым условием любого развития. Действительно, в производственной деятельности важно не только иметь высокую технологическую оснащенность, но и уметь эффективно ее использовать. Эффективность использования имеющихся производственных фондов достигается в настоящее время внедрением на предприятиях автоматизированных систем управления технологическими процессами

иавтоматизированных систем управления производством и предприятием.

2.Модель динамического оптимума А. И. Каца. В этой модели вводится критерий динамического оптимума развития производства, который определяется по экономической эффективности капитальных вложений как основного источника роста производительности труда и роста объема получаемого общественного продукта. Целью использования общего критерия является обеспечение минимума полных затрат труда на единицу продукции, но не в первый период внедрения техники, а в непрерывной динамике за несколько лет. Динамическая оценка затрат на производство имеет существенное преимущество перед статической оптимизацией затрат. Действительно, прогрессивная техника, несмотря на большие вложения в начале, дает большой эффект в динамике за ряд лет, приводя в последующем к снижению самой фондоемкости продукции. (Например, автомобилестроение). Необходимо отметить, что и Трапезникову В. А. и Кацу А. И. удалось увидеть важнейшие стороны технологических процессов. Во-первых, что существенным фактором производства является умение использовать имеющееся оборудование, сырье, энергию. Во-вторых, что новая техника и технология на стадии внедрения (по экономическим методам оценки) часто неконкурентоспособна со старой существующей техникой и технологией. Поэтому необходимо использовать динамические критерии оценки.

3.Модель М. Д. Дворицына. В этой модели результаты технологической деятельности связываются со структурой технологического процесса. Изменение параметров технологического процесса есть результат изменений в его структуре. М. Д. Дворицын показал, какие изменения необходимо произвести в структуре, чтобы обеспечить эволюционное или революционное развитие технологического процесса.

Кроме методов и методик оценки развития производства существуют показатели технологичности создания изделий.

6.2.Показатели технологичности создания изделий

Технологичность (по ГОСТ14.205 – 83) рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, материальных и финансовых средств, времени и др. ресурсов. Эти показатели применяются при технологической подготовке производства, при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

24

Методы оценки и обеспечения технологичности конструкций регламентируются стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) и Единой системы технологической документации (ЕСТД), которые наиболее подробно разработаны для изделий машиностроения и приборостроения.

Показатели технологичности подразделяются на основные и дополнительные. К

основным показателям относят трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость и себестоимость. Эти показатели бывают суммарные (общие), структурные, удельные, сравнительные и относительные. Кроме того, существуют: базовые показатели технологичности изделий, которые имеют общие конструкторские признаки с оцениваемыми; показатели технологичности оцениваемого изделия; показатели уровня технологичности. Все эти показатели заносят в карту технического уровня или в контрольную карту качества продукции.

Трудоемкость – это количество труда в человеко-часах, затрачиваемое на технологический процесс изготовления продукции.

Суммарную трудоемкость изготовления изделия, а также суммарную трудоемкость производства продукции, выполняемую с помощью данного изделия, рассчитывают по общей формуле:

где ti – трудоемкость по отдельным видам работ, входящих в технологический процесс изготовления данного изделия, нормо-ч;

n – количество видов работ.

Сравнительная трудоемкость характеризует уровень трудозатрат при изготовлении изделия Утр и определяется по формуле:

УТР = ТТф ,

баз

где Тф – трудоемкость изделия при данном уровне технологичности, нормо-ч; Тбаз – базовая трудоемкость, принятая для сравнения, нормо-ч.

Относительная трудоемкость Тотн характеризует долю трудозатрат отдельного вида работ в суммарной трудоемкости и определяется по формуле:

Тотн = tTk ,

где tk – трудоемкость k-го вида работ, нормо-ч; T – суммарная трудоемкость, нормо-ч.

Показатели материалоемкости изделия характеризуют количество материала,

затраченного на его изготовление. Суммарная материалоемкость изделия определяется по формуле:

M = m1 + m2 +…mn,

где mi – материалоемкость i–й составной части изделия, кг; n – число составных частей.

Сравнительная материалоемкость Уm определяется по формуле:

Уm = Мф / Мбаз,

где Мф – материалоемкость изделия при данном уровне технологичности, кг;

25

Мбаз – базовая материалоемкость, принятая для сравнения.

Относительная материалоемкость Мотн определяется как отношение массы данного материала mk к суммарной материалоемкости изделия М:

Мотн = mk / M,

где mk – материалоемкость k – того вида материала, кг; М – суммарная материалоемкость, кг.

Энергоемкость изделия Эи характеризует количество энергии, затраченной на его изготовление:

Эи = Эо / В,

где Эи – затраченная энергия на выпуск всех изделий в единицу времени, Дж; В – выпуск изделий в единицу времени, шт.

Суммарная себестоимость изготовления изделия, в зависимости от целей и условий оценки технологичности, определяется как полная, проектная, плановая или отчетная. Способ определения суммарной себестоимости изделия и степень детализации ее расчетов определяется инструкциями и методическими указаниями предприятия, а также руководящими документами.

6.3.Оценка организационно-технического уровня производства

Оценка организационно-технического уровня производства производится с помощью системы показателей, охватывающих все основные стороны производственной деятельности предприятия. Значения достигнутых предприятием показателей сравниваются с базовыми, характеризующими лучший отечественный и производственный опыт.

Прогрессивность технологических процессов характеризуется показателем производительности, показателем применения прогрессивного оборудования, показателем охвата рабочих механизированным и автоматизированным трудом, коэффициентом использования сырья и материалов, показателем уровня развития производства. Они определяются по формулам:

1. Показатель производительности труда

ПП = Т / Ч,

где Т – суммарная трудоемкость, нормо-ч, Ч – численность промышленно-производственного персонала, чел.

2. Показатель применения прогрессивного технологи-ческого

оборудования

По = Тпр / Т,

где Тпр – трудоемкость технологических процессов на прогрессивном оборудовании, нормо-ч.

3. Показатель охвата рабочих механизированным и автоматизированным

трудом

Пм = Чма / Чр,

где Чма - численность рабочих занятых механизированным и автоматизированным трудом, чел.;

ЧР, – общая численность рабочих, чел.

4. Коэффициент использования сырья и материалов Пим. является важнейшим относительным показателем технологичности, который характеризует эффективность использования материальных ресурсов при производстве изделий

26

П им = Миз / Н,

где Миз – количество материала в готовом изделии, кг; Н – количество материала, введенного в технологический процесс согласно

нормативу, кг.

5. Показатель уровня технологии производства УТ является важнейшим относительным показателем, по которому технологии присваивается высшая, первая или вторая категория.

где Кi – коэффициент весомости i–го показателя уровня технологии производства;

Пi – показатель, характеризующий i–е свойство технологического процесса; ПiH – нормативное значение показателя.

27

ГЛАВА 7. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И МИНЕРАЛЬНОСЫРЬЕВАЯ БАЗЫ ПРОИЗВОДСТВА

7.1.Топливно-энергетический комплекс и перспективы его развития

Состояние экономики любой страны определяется, в первую очередь, энергообеспечением народного хозяйства и рациональным использованием энергии. Развитие отраслей топливно-энергетического комплекса подчиняется задаче устойчивого (полного и бесперебойного) обеспечения потребностей народного хозяйства во всех видах топлива и энергии. Развитие направляется:

1)увеличением добычи всех видов топлива и производства энергии;

2)проведением энергосберегающей политики;

3)поиском альтернативных источников энергии.

Всоответствии с видами энергии различают гидроэнергетику, теплоэнергетику, ядерную энергетику, ветровую и гелиоэнергетику.

Внастоящее время ведущее место в энергетике занимает теплоэнергетика, что связано с промышленной добычей топлива: нефти, угля, природного газа, торфа, горючих сланцев. Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющимся при его сгорании. Например, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 МДж/кг, каменного угля – 22 МДж/кг, бензина – 44 МДж/кг.

Другая важная характеристика топлива – его жаропроизводительность. Ее оценивают по максимальной температуре, которую теоретически можно получить при

полном сгорании топлива в воздухе. При сгорании древесины, например, максимальная температура не превышает 1600 оС, каменный уголь дает 2050 оС, бензин – 2100 оС.

По существу, все добываемое топливо сжигается, только 10 % нефти и газа используется в качестве сырья для химической промышленности. Наибольшее количество топлива расходуется на тепловых электростанциях, в различного рода тепловых двигателях, на технологические нужды (например, при выплавке металла, для нагрева заготовок в кузнечных и прокатных цехах), а также на отопление жилых, общественных и производственных помещений. При сжигании топлива образуются продукты сгорания (сажа, оксиды серы и азота, диоксид углерода), которые обычно выбрасываются в атмосферу. Для защиты окружающей среды от загрязнения продуктами сгорания топлива используются различные фильтры и другие устройства, улавливающие или разлагающие вредные выбросы.

7.2.Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

Основной недостаток природного топлива – его крайне медленная восполняемость. Существующие в настоящее время запасы образовались десятки и сотни миллионов лет назад. В то же время добыча топлива непрерывно увеличивается. Некоторые государства свои месторождения газа не разрабатывают, а оставляют как стратегический запас. Потребности народного хозяйства в газе обеспечивают за счет поставок из-за рубежа. Ограниченные запасы газа и нефти и, значит, повышение их стоимости являются причиной того, что в ряде стран наступает "топливный голод" – острая нехватка топливных энергоресурсов, выражающаяся в энергетическом кризисе.

Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам, т. к. они непрерывно возобновляются. Однако и здесь есть ограничения, связанные в основном с

28

экономичностью их использования. Для строительства гидроэлектростанции необходимы определенные природные условия.

Вот почему важнейшей проблемой энергетики стало изыскание новых источников энергии: ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего тепла земли. Одним из перспективных ресурсов является водород. Одного резервуара, например, емкостью 3500 м3 хватило бы для снабжения энергией в течение года города с населением в 20 тысяч человек. Однако стоимость производства водорода из воды в широких масштабах очень высока.

7.3.Классификация минерально-сырьевых ресурсов

Взависимости от первоначального происхождения все виды сырья можно разделить на две основные группы:

1)промышленное, которое добывают или производят в промышленности;

2)сельскохозяйственное – растительное и животное.

По запасам различают возобновляемое и невозобновляемое сырье. Возобновляемое – вода, воздух, животное и растительное сырье. Невозобновляемое – руды, минералы, горючие ископаемые.

По химическому составу сырье разделяют на неорганическое (минералы) и органическое (нефть, газ, уголь).

По агрегатному состоянию сырье разделяют на твердое (минералы, торф, руды), жидкое (вода, нефть), газообразное (воздух, природный газ).

Минеральное сырье включает рудное, нерудное, горючее сырье.

Рудное сырье – железные, медные, хромовые и другие руды, использующиеся для производства металлов. Руды, в состав которых входят соединения разных металлов, называют полиметаллическими.

Нерудное сырье – гипс, известняк, фосфатиты, апатиты, глина, сера, асбест, поваренная соль и другие ископаемые.

Горючее ископаемое – торф, каменный и бурый уголь, природный газ, горючие сланцы.

Вторичные материальные ресурсы

Существенным дополнительным источником сырья являются вторичные материальные ресурсы. К ним относятся отходы производства, отходы потребления, побочные продукты. Отходы производства – это остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующихся в процессе производства продукции, которые полностью или частично утратили свои качества и не соответствуют стандартам или техническим условиям. Например, обрезки металла от штамповки или металлическая стружка, получающаяся в процессе обработки резанием. Отходами потребления называют различные бывшие в употреблении изделия и вещества, восстановление которых экономически нецелесообразно. Например, полностью изношенные машины, изделия из резины, пластмассы, стекла и т. д. Побочные продукты – это продукты, которые образуются в процессе переработки сырья наряду с основными продуктами, но не являются целью технологического процесса. Например, шлаки черной металлургии.

7.4.Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов

Эффективное использование сырья и энергии в технологических процессах является важнейшей задачей любого производства. Качество и вид сырья определяют

29

качество выпускаемой продукции и основные технико-экономические показатели технологического процесса всего производства. Развитие сырьевой базы происходит в направлении более полного и по возможности комплексного использования сырья, вовлечение в переработку вторичных материальных ресурсов, сырья с низким содержанием основного вещества.

Обогащение сырья – это совокупность физических и физико-химических методов обработки минерального сырья для удаления пустой породы и повышения содержания основного компонента. Обогащенное сырье называют концентратом.

Для обогащения твердого сырья применяют такие методы, как флотация, методы магнитного и гравитационного обогащения и др.

Чаще всего для обогащения рудного и нерудного сырья используется флотация. Этот способ основан на различной смачиваемости частиц руды и пустой породы. Не смачивающиеся водой гидрофобные частицы собирают вокруг себя пузырьки воздуха и поднимаются на поверхность, а гидрофильные частицы смачиваются водой и осаждаются на дно. На этом свойстве и основана работа флотационной машины. Руда измельчается в мощных дробилках, измельченную руду смешивают с водой, в которую добавляют особые вещества – пенообразователи. Сквозь эту смесь прогоняют воздух. Образуется огромное количество пены – мельчайших воздушных пузырьков. Они прилипают к частицам меди, серебра или свинца, но не прилипают к зернам примесей. Пустая порода смачивается и тонет, а нужные частицы всплывают вместе с пеной. Главное достоинство флотации в том, что она позволяет выделить из руды любые содержащиеся в ней минералы.

Технико-экономических показатели обогащения Выход готового продукта (концентрата) γ будет определяться отношением

количества полученного концентрата (Gк) к количеству взятой руды (Gр) в процентах:

GК

γ = 100 % GР

Содержание полезного компонента в исходной руде в процентах обозначим α (альфа), а в полученном продукте β–(бетта). Степень извлечения (ε) находится отношением количества извлеченного элемента в концентрат (γβ) к его содержанию в исходной руде (α):

ε = γ·β/ α

Степень обогащения k выражается отношением массовой доли (процентного содержания) полезного компонента в концентрате к массовой доле (процентному содержанию) его в исходной руде:

k =β / α

Многие металлические руды обогащают магнитной сепарацией, используя способность металлов притягиваться к магниту.

Гравитационный способ. Различные по плотности минералы разделяют в центрифуге. Таким способом, например, отделяют алмазы.

Комплексное использование добытого минерального сырья заключается в извлечении всех полезных компонентов и утилизации отходов.

7.5.Воздух и вода в промышленности

Наиболее крупными потребителями воды являются химическая промышленность, металлургические и нефтеперерабатывающие заводы, бумажные фабрики и

30