Экологические проблемы технологических процессов омд

Деятельность человека в технической цивилизации и сама цивилизация породили многочисленные экологические проблемы, которые весьма негативно воздействуют на человека и окружающую среду. Инженерная экология – область исследований среды обитания с биологических позиций и поиск средств, нормализующих эту среду. Она оценивает степень вреда наносимого природе индустриализацией производства, и прогнозирует технико-биологические средства для охраны окружающей среды.

Процессы ОМД являются фундаментом современных металлургического и машиностроительного производств и определяют научно-технический, технологический, экономический уровень страны, уровень ее национальной безопасности. В этих производствах происходят фундаментальные преобразования, обмен веществ, энергии, информации, а также взаимодействие личностей, интеллектов, взглядов, позиций, научных школ и направлений в различных ситуациях. Это социально-культурное пространство связано со всеми основными сферами жизни и деятельности человека.

Суть экологических проблем в век научно-технической революции состоит в том, как прекратить разрушительное воздействие техники на природу. Все возрастающая энергоемкость современного производства обуславливает загрязнение природной среды, рост энерговооруженности труда (комплексного показателя технического прогресса) приводит к загрязнению среды обитания. Для оптимизации взаимодействия техники и биосферы необходим анализ техногенных воздействий и прогнозирование отдаленных последствий тех или иных технологических процессов, влияющих на природную среду.

Проблема взаимоотношений человек-природа приобретает в настоящее время статус фундаментальной научной проблемы и развивается как междисциплинарное направление. Практически все негативные проявления техники и производств, создающие экологические проблемы являются следствиями непродуманных принципиальных ошибок, допущенных при проектировании этих производств.

В последнее время становится очевидным - для полноценного решения экологических проблем необходимо устранять сами причины вредных выделений и проявлений техники, а также анализировать технологические процессы, оборудование, системы управления и контроля, оптимизировать процесс принятия решений по их применимости.

Истоки экологических проблем относятся к появлению индустриального общества. На территории современной России впервые об экологических проблемах можно говорить на рубеже 17-18 веков, в связи с широким применением процессов ОМД на Урале Иваном Демидовым - основоположником металлургической и металлообрабатывающей промышленности. К концу 18 века на Урале основано и построено более 50 металлургических заводов. Эти заводы строились, как правило, на берегу рек, которые перегораживались для создания запруд и использовались как источник энергии падающей воды. Она применялась в приводе хвостовых и лобовых молотов, прокатных станов, мехов кузнечных горнов и доменных печей. Для нагрева металла под ковку и прокатку, для плавления металла использовали древесный уголь, что послужило причиной крупномасштабных вырубок лесов на Урале, Алтае, в европейской части России и создало первые экологические проблемы. Аналогичная ситуация наблюдалась также в Англии, где также были уничтожены леса и дубовые рощи. Поэтому промышленники стали использовать каменный уголь, создав тем самым новые экологические проблемы: повышенную загазованность и задымленность атмосферы, загрязнение металлов вредными химическими элементами (фосфор, сера, и др.).

Таким образом, уже на заре индустриальной эры человечество столкнулось с серьезными экологическими проблемами, которые не только не решены до сего времени, но и продолжают расти.

Экология (от греч. oikos — жилище, местопребывание и logos — понятие, учение) — наука, изучающая взаимоотношения организмов со средой их обитания. Впервые термин "экология" был введен в 1866 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем.

В результате тысячелетней эволюции образовалась динамическая равновесная система в живой природе — биосфера. Однако с развитием промышленно-практической и социальной деятельности человека масштабы его вмешательства в естественно сложившиеся связи природной среды увеличивались, и последствия этого все более наносят непоправимый вред биосфере, нарушая баланс естественных процессов. Задача экологии как науки — искать и предлагать такие способы воздействия на окружающую среду, которые бы не только предотвратили эти катастрофические последствия, но и позволили существенно улучшить биологические и социальные условия развития человека и всего живого на Земле.

Экология — отрасль науки, исследующая отношения между человеческими сообществами и окружающим пространством, социальной и культурной средой, экологическое воздействие антропогенных и других экологических факторов на физическое и психическое здоровье человека, прямое и косвенное влияние производственной деятельности на состав и свойства окружающей среды.

Важнейшими экологическими проблемами современных процессов ОМД являются: устранение шума и вибраций, тепловыделений и загазованности, облегчение условий труда и его безопасности, устранению монотонности и однообразия операций в технологическом процессе, т.е. создания более творческих, комфортабельных условий труда.

Проблема получения высококачественных экономичных изделий может решаться только при условии комплексного взаимосвязанного анализа вопросов, главными из которых являются: оптимальный выбор оборудования, технологического процесса, средств автоматизации и механизации и, конечно, решение экологических проблем.

ОМД

потери (энтропия)

Рис. 53 Схема преобразования энергии, вещества, информации в процессах ОМД

Известно, что процессы ОМД являются преобразователем энергии Е, вещества В и информации I (рис. 53):

E→ E_вх → Е_п,

где Е — энергия внешнего источника; E_вх — энергия, входящая в процессы ОМД; Е_п — полезно использованная энергия, или работа пластического деформирования А_д.

Очевидно, что на каждом этапе преобразования энергии имеют место ее потери, рассеивание, деградация, зависящие от качества исполнения узлов и деталей машин, условий их трения, физико-механических свойств металлов - материалов деталей, качества и структуры машин для ОМД, их приводов, систем управления и информации и т. д. Таким образом, процессы ОМД являются одновременно производителем энтропии S окружающей среды.

Применительно к ОМД различают следующие виды энтропии: тепловую, технологическую, вещественную, структурную, информационную, организации и управления, знаний и духовную.

Тепловая энтропия S_Т ОМД характеризует меру непосредственной потери тепла в нагревательных печах, в узлах трения и оборудовании ОМД.

Технологическая энтропия S_t определяет меру потерь энергии, вызванных несовершенствами процессов ОМД, неоптимальностью технологических процессов, нерациональностью выбора оборудования, средств механизации и автоматизации, нагревательных печей и устройств, систем контроля диагностики, управления и информации, отсутствием систем приборного оснащения, контроля, недостаточным уровнем эксплуатации. Технологическая энтропия отражает низкий КИМ изделий, нестабильность технологического процесса, завышенное число ударов по заготовке, перегрузки инструмента, валковой арматуры и машин или, на оборот, недоштамповку поковок, что потребует новых их подогревов и новых операций штамповки и т.д. Следует также учитывать энергию, информационные ресурсы, время, усилия людей, необходимые для хранения, транспортирования, складирования, нагрева, пластического деформирования, термической и механической обработки лишнего металла, который будет в конечном итоге удален в стружку. Кроме этого, часть стружки безвозвратно теряется, а оставшаяся требует новой энергии на свою переплавку. Очевидно, что технологическая энтропия есть потеря, рассеивание, деградация энергии.

Вещественная энтропия S_B — мера вещественных потерь металла в стружку, в заусенцы, рабочих жидкостей в гидравлических машинах (прессы, насосы, гидромоторы, сервоприводы), газов, воздуха, пара, смазочных и охлаждающих жидкостей, износа тормозных колодок и фрикционных дисков, рабочих поверхностей деталей машин и механизмов. Таким образом вещественная энтропия также отражает потери энергии и загрязнение окружающей среды.

Структурная энтропия S_c характеризует меру потерь, связанных с принципиальными несовершенствами процессов ОМД, оборудования, механизмов. Выражением структурной энтропии являются низкий КПД оборудования, механизмов, печей, неоптимальность принципиальных, кинематических, энергетических, динамических схем и параметров машин и механизмов, их завышенная масса, неоптимальность технологического воздействия на заготовку, шум и износ оборудования, вредное воздействие на человека и окружающую среду (вибрации, вредные выбросы, шум, удары), ненадежность конструкций, управления и эксплуатации оборудования. Очевидно, что структурная энтропия также характеризует потери энергии и исключает возможность создания высокоэффективного и высоконадежного процесса, технологии и оборудования даже при использовании самых современных методов исследований, высокого уровня проектирования и изготовления, если в их основу заложены неоптимальные, нерациональные или ошибочные схемы, если неверно выбрана сама структура объекта.

Информационная энтропия S_и — мера недостатка и необъективности информации о работе процессов ОМД и всех его составляющих частей (машины, механизмы, печи, системы управления и др.), что приводит к ошибкам управления, несвоевременности и неточности принятия оперативных решений и может вызвать аварии, поломки оборудования, перегрузки КПМ, несчастные случаи и др.

Энтропия организации и управления S₀ характеризует меру несовершенства организационных, планировочных, управленческих структур при осуществлении процессов ОМД. Проявлением этой энтропии является неуправляемость, нерациональность технологических и грузовых потоков, халатность, низкое качество производства, штурмовщина, неоптимальная загрузка специалистов.

Энтропия знаний S_з — мера потерь энергии, связанных с внедрением в сознание и производство, научно необоснованных, субъективных, надуманных теорий, конструкций, схем, при этом производится ненужная продукция, затрачиваются средства на заведомо убыточные производства, отсутствует полезная отдача производства, наблюдается отставание от мирового научно-технического уровня в данном типе процессов ОМД.

Энтропия духовной энергии S_Д — мера потерь энергии из-за создания нездоровой рабочей обстановки и атмосферы у специалистов, ограниченной, дозированной информации, командных методов управления, запретов на свободное творчество и т.д. Результатом духовной энтропии может стать безразличие, снижение технического уровня, торможение и застой творческих исканий, отставание от мирового уровня и др.

Все изложенное выше позволяет сформулировать конечную цель совершенствования процессов ОМД, повышения их экологического и научно-технического уровня — создание антиэнтропийного биосферосовместимого, экологически чистого процесса, при котором выполняются условия минимизации всех видов энтропии: Si = min, где i = t, т, с, в, и, о, з, д.

Производство ОМД как объект биосферы называется совместимым или вписываемым в биосферу, если оно исключает загрязнение биосферы вредными тепловыми, ударными, вибрационными, электромагнитными, звуковыми, механическими, химическими, радиоактивными и другими отходами, т. е. не увеличивает энтропию окружающей среды.

По аналогии с процессами ОМД также можно утверждать, что машины для их реализации являются системой, в которой происходят трансформации, перемещения и хранение вещества, энергии и информационных ресурсов, приводя тем самым к загрязнению биосферы.

Приведенный анализ позволяет оценить процессы ОМД с позиции экологически чистого процесса, наметить стратегические пути их совершенствования и создания экологически чистого оборудования.