Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 1

поток класса I типа 1, а самый совершенный поток класса IV типа 1 (других типов поток этого класса не имеет).

Реальный технологический поток. Строение технологического потока определя ется связями между смежными операциями. При этом можно выделить следующие технологические потоки:

• с жесткой связью между всеми смежными операциями; в таком потоке продол жительность каждой операции должна быть одинаковой или кратной продолжитель ности ведущей операции (рис. 1.4, а);

а)

б)

в)

Рис. 1.4. Схема строения технологических потоков

сразличными связями:

а— жесткой; б — полужесткой; в — нежесткой

•с полужесткой связью, характеризующийся тем, что в нем функционируют группы смежных операций с жесткой связью, а между собой эти группы соединены гиб кими связями в виде операций накопления и хранения, например, в промежу точных бункерах, сборниках, ветвях конвейеров и пр. (рис.1.4, б);

•с нежесткой (гибкой) связью, характеризующийся тем, что в нем операция хра нения бывает между всеми технологическими операциями (рис. 1.4, в).

Применение в технологическом потоке гибких связей вызвано несовершенством технологий и оборудования, нестабильностью свойств исходного сырья и полуфабри катов, отсутствием оборудования с требуемыми техническими характеристиками и пр.

На современных пивоваренных предприятиях функционируют преимущественно потоки с полужесткой связью.

Технологические потоки могут иметь линейную и разветвленную формы (рис. 1.5). Последние могут иметь сходящиеся, расходящиеся и параллельные ветви.

Линейный технологический поток предназначен для выработки из одного вида сырья одного вида продукции: разветвленный сходящийся — для выработки из нескольких видов сырья одного вида продукции: разветвленный расходящийся — для выработки из одного вида сырья нескольких видов продукции; с параллельными ветвями — обра зуется при одновременном параллельном функционировании нескольких идентич ных операций вследствие недостаточной производительности единичного оборудова ния на конкретном участке производства.

С физической точки зрения технологический поток может быть сплошным, диск ретным и комбинированным. В сплошном технологическом потоке перерабатываемые среды представляют собой текучую сплошную массу, в дискретном — обработке

подвергаются отдельные объекты, а в комбинированном — сочетаются участки, на ко торых перерабатываются сплошные среды и отдельные объекты.

а)

б)

в)

г)

Рис. 1.5. Схема форм технологических потоков:

а— неразветвленный; б — разветвленный сходящийся;

в— разветвленный расходящийся;

г— разветвленный с параллельными ветвями

Идеальный технологический поток. Одной из задач совершенствования произ водства является приближение реального технологического потока к идеальному, ко торый должен обладать постоянной скоростью на всех его участках и максимально возможной производительностью. Постоянство скорости в идеальном потоке предпо лагает, что он должен иметь жесткую связь.

Идеальный технологический поток сплошной среды характеризуется тремя пара метрами: скоростью перемещения среды v, м/ч, площадью поперечного сечения s, м2 и плотностью среды ρ, кг/м3.

Производительность (П, кг/ч) сплошного технологического потока определяется про изведением этих параметров:

В отличие от сплошного, дискретный, идеальный технологический поток характе ризуется еще одной специфической особенностью — оптимальной ориентацией обра батываемых объектов относительно направления движения, при которой обеспечива ется максимально возможная плотность потока, а следовательно, и наивысшая произ водительность. Это требование может быть реализовано при расположении на едини це длины потока наибольшего количества обрабатываемых объектов, то есть при рас положении этих объектов в направлении вектора скорости своими минимальными габаритными параметрами. Промежутки между обрабатываемыми объектами также должны быть минимизированы, а в идеальном потоке отсутствовать.

Производительность (П, шт./ч) дискретного технологического потока опреде

где l — шаг, м/шт.

Из анализа выражений (1.5 и 1.6) следует, что при создании идеального технологи ческого потока необходимо стремиться к:

•максимально возможной, с точки зрения физической, химической и биологи ческой природы обрабатываемого материала, скорости потока, одинаковой на всем его протяжении и неизменной в течение всего цикла функционирования;

•максимальному поперечному сечению потока на всем его протяжении;

•максимальной плотности потока в направлении его вектора скорости. Невыполнение этих требований ведет к снижению производительности потока, на

коплению обрабатываемого материала между технологическими операциями,

ав дискретном потоке — к потере его ориентации, что вызывает необходимость дополни тельного создания и применения специальных накопительных и ориентирующих устройств.

Развитие технологического потока. Современные технологические потоки весь ма далеки от идеального потока по всем показателям.

Например, скорость потока на отдельных его участках неодинакова и непостоянна,

афункционирование потока зачастую прерывается непредвиденными остановками, тре бующими оперативного вмешательства человека. В связи с этим на отдельных участках технологического потока возникает необходимость размещения накопителей.

Плотность потока на его протяжении неравномерна и относительно невелика вслед ствие больших промежутков между обрабатываемыми объектами, ориентация которых не всегда оптимальна.

Требования к идеальному технологическому потоку и реальный технический уро вень пивоваренных производств позволяют сформулировать основные проблемы ин женерии пива при совершенствовании существующих и создании новых технологи ческих потоков:

•обеспечение одинаковой производительности всех операций, объединенных в технологический поток;

•сохранение коэффициента использования оборудования при увеличении коли чества операций, объединяемых в технологический поток;

•обеспечение универсальности технологического оборудования, позволяющей об рабатывать сырье с разными физико химическими свойствами и выпускать про дукцию в широком ассортименте;

•обеспечение рентабельности технологического потока (эта проблема заключает ся в том, что в ряде производств создание идеального технологического потока технически возможно, но экономически нецелесообразно, поскольку затраты

могут превышать экономический эффект от эксплуатации).

Перечисленные проблемы достаточно сложны и, вероятно, не всегда технически решаемы. Однако даже частичное решение этих проблем может иметь существенное значение для совершенствования пивоваренных производств.

* * *

Итак, в настоящее время сформировалось новое направление в научном обеспече нии агропромышленного комплекса — системология перерабатывающих производств, в рамках которого разработана методология системных исследований, позволяющая рас сматривать любую из систем как совокупность систем низшего порядка (подсистем).

Такой подход позволяет на основе объективных показателей осуществить системный анализ и диагностику технологической системы, рассматривая уровень ее целостности через экспериментальное определение стабильности отдельных подсистем. На основе результатов анализа и диагностики осуществляют системный синтез, оценивают уро вень развития системы и прогнозируют направления ее совершенствования.

Методология системного подхода может быть успешно применена в научных ис следованиях и практических разработках, направленных на совершенствование суще ствующих и создание новых высокоэффективных и экономичных процессов и обору дования пивоваренных производств.

1.4.3. Функционирование технологического потока

На современном этапе развития отечественной солодовенной и пивоваренной про мышленности, в условиях обострения конкуренции на российском рынке как среди отечественных, так и зарубежных производителей пива, на первый план выдвигаются про блемы повышения качества функционирования пивоваренного предприятия и, прежде всего, его технологического потока как системы, которое включает следующие понятия:

•технологическую эффективность — снижение потерь сырья и материалов, сокраще ние продолжительности процессов, повышение качества выпускаемой продукции и т. п.;

•экономичность — снижение затрат на выпуск единицы готовой продукции;

•управляемость — автоматизацию и программируемость технологических процессов;

•экологичность — сокращение объемов промышленных стоков и газовых выбро сов; уменьшение вредных воздействий производства на окружающую среду; ути лизацию отходов производства и пр.;

•стабильность — устойчивость функционирования технологического потока при обеспечении требуемых показателей качества продукции на протяжении всей продолжительности работы производства.

Высококачественное сырье, самые совершенные технологии и оборудование сами по себе не обеспечат эффективной работы предприятия и стабильного качества выпус каемой продукции, если на предприятии не будут функционировать стабильный тех нологический поток и система управления качеством.

В России, как и в большинстве индустриально развитых стран, действуют стандарты, регламентирующие порядок создания и функционирования систем качества предприятий. Это стандарты серии ИСО 9000 (системы менеджмента качества) и ГОСТ Р 51705.1–2001* (системы управления качеством на основе принципов ХАССП). Концепция ХАССП (в английской транскрипции НАССР — Hazard Analysis and Critical Control Points —

анализ рисков и критические контрольные точки) лежит в основе систем управления качеством и безопасностью пищевых продуктов в промышленно развитых странах мира.

Система менеджмента качества, соответствующая стандартам ИСО 9000, более ши рокая — она охватывает все предприятие и обеспечивает контроль за всеми показате лями качества продукции и всеми подразделениями, которые могут каким либо обра зом негативно влиять на эти показатели.

* ГОСТ Р 51705.1–2001 «Управление качеством пищевых продуктов на основе принципов ХАССП. Общие требования».

Система управления качеством на основе принципов ХАССП предназначена толь ко для предприятий пищевой промышленности и нацелена на обеспечение в первую очередь безопасности выпускаемой продукции. Управление качеством на основе прин ципов ХАССП направлено на выявление критических точек в технологическом про цессе производства, анализ риска появления некачественной продукции и создание таких условий на предприятии, при которых гарантирован выпуск только безопасной для потребителя продукции.

Однако создание и функционирование на предприятии системы качества автома тически не гарантирует победу в конкурентной борьбе за потребителя, необходимо еще обеспечить и минимальную, по сравнению с другими производителями, цену на высококачественную продукцию. Это возможно только при создании стабильного тех нологического потока, обеспечивающего выпуск продукции требуемого качества в те чение всей продолжительности его функционирования.

Современные производства пивобезалкогольной отрасли промышленности, бази рующиеся на индустриальных методах переработки сырья, по своей сущности являют ся открытыми технологическими системами. Основываясь на положениях системо логии, основные понятия которой изложены в разделе 1.1, возможно создать стабиль но функционирующий технологический поток производства, гарантирующий выпуск продукции необходимого качества.

Базовый принцип системологии — повышение качества и эффективности техноло гической системы — следует рассматривать как проблему обеспечения стабильности необходимого уровня целостности (стабильности) созданного на предприятии техно логического потока, который должен формироваться и функционировать в соответ ствии с определенными положениями теории систем.

Работы по повышению стабильности технологического потока производства ус ловно можно разделить на следующие этапы.

1#й этап предусматривает на основании имеющейся информации (регламентов, тех нологических инструкций, результатов научных исследований, опыта работы действу ющего производства и др.) формирование цепочки технологических процессов преоб разования исходного сырья в конечный продукт, то есть продукцию, выпускаемую пред приятием.

На 2#м этапе цепочку технологических процессов преобразуют в операторную мо дель — изображение в виде условных символов последовательного преобразования исходного сырья в конечный продукт в строгом соответствии с технологией, необхо димое для понимания сущности всего этого процесса преобразования, установления взаимосвязей всех его элементов, выявления условий их нормального протекания,

стем чтобы определить уровень целостности созданного на предприятии технологи ческого потока, и степень его совершенства как системы.

На 3#м этапе проводят экспериментальную оценку уровня целостности исследуе мого технологического потока. Для этого на выходах из подсистем выполняют отбор проб продукции, осуществляют их анализ на соответствие заданным требованиям и проводят расчет стабильности (уровня целостности) производства в соответствии

сдействующей методикой.

На 4#м этапе по результатам оценки стабильности существующего на предприятии технологического потока осуществляют его корректировку. Уточняют содержание

и последовательность выполнения технологических операций, допуски на их техничес кие параметры, на параметры сырья и внешних условий. При необходимости уточняют номенклатуру контролируемых параметров и методы их определения. Проводят другие системозащищающие мероприятия. Таким образом, повышения стабильности, а следо вательно, и эффективности производства можно достигнуть не только за счет использо вания новых, более совершенных технологических процессов, но и за счет повышения качества выполнения уже существующих, ужесточения контроля за их выполнением.

На 5#м этапе работ проводят повторную оценку уровня целостности теперь уже откорректированного технологического потока и осуществляют расчет экономичес кой эффективности от реализации проведенных изменений.

1.4.4. Диалектика технологического потока

Как известно, развитие любого объекта осуществляется в соответствии с объек тивными законами материалистической диалектики, которая по прежнему остается одним из основных методов научного познания.

Поэтому, продумывая стратегию развития пивоваренного предприятия, необходимо четко представлять диалектическую взаимосвязь технологии и техники, образующих тех нологический поток, и понимать основные закономерности их развития.

Технология в диалектическом аспекте, безусловно, первична, а техника вторична, поскольку технологию все же удается так или иначе реализовать и без специального оборудования, например, в корчагах, как это делали в древние времена наши предки, а техника без технологии мертва и никчемна.

Техника находится как бы в услужении у технологии, являясь материальной осно вой ее существования. Но, с другой стороны, в условиях научно технической револю ции роль и значение техники чрезвычайно возросли и не замечать этого уже нельзя.

Техника и технология по своей диалектической сущности являются типичными противоположностями, обладающими диаметрально отличающимися качествами, в частности, закономерностями развития.

Действительно, если технология пивоварения, как, впрочем, и любая другая техно логия, по своей сущности более консервативна (в хорошем смысле этого слова), т. е. она развивается эволюционно, неторопливо и последовательно, то техника по своей сути более прогрессивна и развивается более динамично, революционно и кардинально. Так, за последнее столетие технология пива не претерпела сколь нибудь радикальных преоб разований, в то время как пивоваренная техника не то что за 100 лет, но даже за послед ние 15–20 лет изменилась разительно как по конструктивному устройству, так и по прин ципу действия, дизайну, оснащенности системами механизации, автоматизации и пр.

Что является побудительной силой развития пивоваренных производств?

Ответ на этот вопрос дает второй закон диалектики — закон взаимопроникновения противоположностей*, который вскрывает внутренний источник развития.В соот ветствии с этим законом техника и технология, являясь типичными противополож ностями и будучи неразрывно связанными между собой, как сиамские близнецы, актив но взаимодействуют, проникая друг в друга.

* До недавнего времени этот закон называли законом единства и борьбы противоположностей.

Такого рода взаимоотношения противоположностей неизменно вызывают внут ренние противоречия, которые, обостряясь, придают внутренний импульс развитию. Таким образом, развитие любого объекта представляет собой процесс становле#

ния, обострения и разрешения противоречий.

Если до недавнего времени в этом противостоянии превалировала технология, по скольку именно потребности технологии прежде всего формировали производствен ный заказ (формулировали техническое задание) на усовершенствование существую щих и разработку принципиально новых видов технологического оборудования, то с конца ХХ в., в котором пивоваренная техника совершила грандиозный скачок в сво ем развитии, мы уже наблюдаем факты, когда техника начинает активно воздейство вать на технологию, способствуя ее изменению и совершенствованию.

Например, в последние годы явно ощущалось обострение технических противоре чий на стадии кипячения сусла с хмелем. Традиционная сусловарочная техника

всвоем стремлении обеспечить обоснованные требования технологии не могла их удов летворить с достаточной полнотой, поскольку оптимальные условия для удаления ди метилсульфида (ДМС) и сохранения азотистых фракций взаимоисключающи. Выиг рывая в одном, приходилось жертвовать другим. Кроме того, работа традиционного сусловарочного оборудования сопряжена с потреблением большого количества энер гии, с повышенной тепловой нагрузкой на сусло, пригоранием сусла и пр., что сдержи вало повышение эффективности и экономичности технологии. Техника постепенно перестала соответствовать современному уровню пивоваренного производства.

Ивот, в 1998 г. появилась принципиально новая сусловарочная система на основе тонкопленочного испарителя, которая не только преодолела указанные недостатки, но и способствовала совершенствованию технологии. Таким образом, обострение техни ческого противоречия побудило к развитию сусловарочной техники, а та, будучи одной из составляющих производства, способствовала развитию пивоваренного предприятия.

Каким образом осуществляется развитие?

Ответ на этот вопрос дает закон перехода количественных изменений в качествен# ные, который раскрывает механизм развития. Суть этого закона проявляется

втом, что качественные изменения объекта являются результатом накопления опреде ленных количественных изменений в нем, т. е. по мере их накопления происходит качественный скачок на более высокий уровень развития. В технике этот качественно более высокий уровень развития объекта называют новым поколением.

А поскольку техника развивается гораздо стремительней технологии, то и объек тивное проявление этого закона гораздо заметней при развитии техники. Например,

втечение последних десятилетий последовательно и настойчиво велись работы по совершенствованию сусловарочных аппаратов, но вот количество конструктивных из менений перешло в качество, и появилось принципиально новое и более совершенное оборудование на основе тонкопленочного кипячения сусла с хмелем, которое, бес спорно, представляет собой технику нового поколения.

Общий результат и направленность процесса развития отражает третий закон диа лектики — закон отрицания отрицания, в соответствии с которым диалектическая

природа развития проявляется в органичном сочетании трех моментов:

• преодолении старого;

• преемственности в развитии;

• утверждении нового.

Эта «триада» характеризует поступательность и цикличность развития, поскольку все новое неизбежно устаревает и начинает последовательно вытесняться еще более новым. Главным в понимании этой закономерности является то, что в развитии осу ществляется, в какой то степени, повторение прошлого, возвращение к исходному со стоянию, но на принципиально ином качественном уровне. Поступательность и повто ряемость придают траектории развития форму восходящей расширяющейся спирали. При этом каждый новый виток является более совершенным, поскольку включает в себя все лучшее, что было накоплено на предыдущих стадиях.

Типичным примером спиралевидности развития является возвращение в пивова ренное производство жидкостных сепараторов и заторных фильтр прессов, но в каче ственно новом, более совершенном техническом исполнении.

Сюда же можно отнести и возрождение малых пивоварен, но на качественно новом уровне. Нынешние мини пивоварни — это уже не прежние кустарные производства, а по существу современные миниатюрные пивоваренные заводы, оснащенные технически со вершенным, автоматизированным, а зачастую и компьютеризованным технологическим оборудованием.

* * *

Итак, развитие любого пивоваренного производства осуществляется в соответствии с диалектическими закономерностями, при этом основной вклад в развитие предприя тия, безусловно, вносит техника, поскольку она совершенствуется более стремительно и радикально, нежели технология.

Перефразируя один из постулатов материалистической диалектики, можно утверж дать, что материальная (суть техническая) оснащенность предприятия — это и есть

то самое бытие, которое определяет уровень технологического сознания на произ# водстве.

1.5. ТЕХНИКА — МАТЕРИАЛЬНАЯ ОСНОВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА

Все оборудование предприятий пивобезалкогольной отрасли (в зависимости от отно шения к основному производственному процессу) подразделяют на технологическое, вспомогательное и общезаводское.

Технологическое оборудование предназначено для непосредственного осуществления технологических операций по переработке сырья, материалов и промежуточных продук тов для получения конечного продукта с заданными потребительскими свойствами.

Технологическое оборудование может быть универсальным и специализированным. Первое предназначено для выполнения подобных операций на разных стадиях одного тех нологического потока (например, теплообменники для нагрева или охлаждения различ ных технологических сред — сусла, пива, воды и пр.) или в разных технологических пото ках, а второе — лишь для одной конкретной операции (например, заторный аппарат, дрож жегенератор, бутылкомоечная машина и т. д.).

Вспомогательное оборудование предназначено для обеспечения нормального осу ществления технологического процесса и принимает косвенное участие в производстве

целевого продукта, поскольку никакая технологическая переработка сырья и материалов в нем непосредственно не осуществляется. К вспомогательному оборудова нию относят системы механического, пневмо и гидротранспорта, промежуточные сборни ки, бункеры, установки для автоматизированной безразборной мойки оборудования и пр.

Общезаводское оборудование предназначено для обеспечения бесперебойной ра боты всего предприятия, включая его технологические подразделения. К нему относят электротехническое, энергосиловое, холодильно компрессорное, углекислотное, ме таллорежущее и прочее оборудование.

Из приведенной классификации видно, что материальную основу технологическо го потока составляет технологическое и вспомогательное оборудование, причем роль первого из них несоизмеримо весомей.

1.5.1. Роль техники в развитии технологического потока

Технологическая эффективность и экономичность пивоварения, как, кстати, и любой другой технологии, в значительной степени зависят от технического совер шенства оборудования и от варианта инженерного решения конкретной технологиче ской задачи.

А какую же роль играет технологическое оборудование в решении проблемы каче ства выпускаемой продукции?

Воснове современной концепции технического и технологического совершенствова ния пивоваренного производства, направленной, прежде всего, на повышение качества выпускаемой продукции, лежат несколько основных принципов, приведенных в табл. 1.3.

Проанализировав основные факторы, влияющие в конечном итоге на качество вы пускаемой продукции, можно отметить среди них доминирующую роль технологи ческого оборудования.

Даже если оборудование не упомянуто среди этих факторов, то все равно косвенно можно отметить его роль. Например, если речь идет о применении новых форм хме лепродуктов или дегазированной воды, то совершенно очевидно, что для их получе ния требуются специальные виды оборудования, как, кстати, и для реализации про цессов в атмосфере СО2 или инертных газов.

* * *

Воснове современной концепции инженерии пива лежит применение технологи ческого оборудования, обеспечивающего предотвращение причин, вызывающих сни# жение качества целевого продукта на всех без исключения технологических стади ях, а не выявление этих причин в ходе производства и попытка их устранения, если это представляется возможным.

Сегодня, в условиях жесткой конкуренции на пивном рынке, благоденствие любого предприятия зависит напрямую от качества выпускаемой продукции, которое на ны нешней стадии развития пивоварения обеспечивается преимущественно совершенством технологического оборудования. А современные системы управления таким оборудова нием, базирующиеся на принципах мехатроники, настолько совершенны, что в пору уже говорить о появлении на пивоваренном производстве искусственного интеллекта.

Таким образом, на современном пивоваренном производстве техника решает если не все, то очень и очень многое, в том числе и проблему качества.

72 ПИВОВАРЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

* * *

Но это совсем не означает, что роль специалиста на производстве снизилась. От нюдь нет! Наоборот, в соответствии с диалектическим развитием по спирали, роль