Объекта управления структура материально-производственной системы предприятия



жүктеу 0.92 Mb.
бет1/3
Дата25.02.2016
өлшемі0.92 Mb.
  1   2   3
1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПРОИЗВОДСТВА КАК
ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Структура материально-производственной системы предприятия
Современное промышленное предприятие характеризуется многообразием структуры, различием природы элементов, многотипностью связей между элементами, динамичностью и вероятностным характером производственных процессов, многокритериальностью функционирования. Перечисленные признаки позволяют рассматривать предприятие как сложную систему управления (СУ), включающую объект управления в виде материально-производственной системы (управляемой подсистемы) и регулятор – информационно-управляющую систему предприятия (управляющую подсистему). Обе подсистемы соединены между собой каналами передачи информации и образуют целостную систему, выполняющую определенные функции, связанные с осуществлением процесса производства.

По функционально-целевому признаку материально-производственную систему предприятия можно разделить на подсистемы, каждая из которых в свою очередь представляет сложную систему (рис.1.1).



Подсистема развития производства включает научную базу (исследовательские лаборатории, конструкторское бюро и т.п.) и проводит работы по развитию производства и его техническому перевооружению.

Подсистема технической подготовки обеспечивает проектирование новых и модернизацию выпускаемых изделий.

Подсистема материальной подготовки выполняет функции, связанные с приобретением и хранением необходимого сырья и материалов, с предварительной подготовкой сырья.

Подсистема организационно-трудовой подготовки осуществляет набор и обучение кадров, организацию труда, материального и морального стимулирования кадров.

Рис. 1.1. Функциональная структура материально-производственной системы


Подсистема обеспечения и обслуживания включает в себя ремонтные цеха, транспортные службы, инструментальное хозяйство, энергетическое хозяйство.

Подсистема реализации продукции обеспечивает ее складирование, хранение, экспедицию, контакты с заказчиком.

Центральной подсистемой является подсистема основного производства, где и осуществляется производственный процесс превращения материалов, сырья и полуфабрикатов в готовую продукцию.

Основное содержание материального производства – это реализация многообразных механических, электромеханических, гидравлических, гидромеханических, физических, химических и комбинированных процессов, направленных на изготовление продукции из исходного сырья. При описании и анализе основного производства необходимо различать следующие понятия: технологическая операция, технологический процесс, производственный процесс.

Технологическая операция (ТОп) это механическое, гидромеханическое, электромеханическое, физическое, химическое воздействие на исходные вещества и материалы с целью изменения их формы, физических свойств, состава, превращения одних веществ в другие.

Технологический процесс (ТП) – совокупность технологической операции и оборудования, на котором она осуществляется. Различают: 1) ТП преобразования; 2) ТП транспортировки, т.е. перемещения веществ и материалов в пространстве и времени; 3) ТП хранения.

Под производственным процессом (ПП) понимают совокупность технологических процессов, связанных между собой материальными, энергетическими и информационными потоками и осуществляемых для производства конечного продукта из исходного сырья. Существует большое разнообразие производственных процессов, различающихся видом используемой энергии, оборудованием, организацией, но все они должны реализовываться в соответствии с определенными правилами и нормами. Осуществление любого производственного процесса требует выполнения действий по управлению.

Таким образом, основным объектом управления предприятия является подсистема основного производства, состоящая, в свою очередь, из двух подсистем: ТОУ – технологического объекта управления и СУ – системы управления (рис.1.2).

Технологический объект управления представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованных на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологических операций. В качестве технологических объектов управления можно рассматривать как отдельные агрегаты, так и их группы, отдельные участки и цехи, если они реализуют функционально целостный технологический или производственный процесс.

Информация о протекающих в реальном времени материально-энергетических процессах в технологическом объекте управления поступает в подсистему управления основного производства.

Система управления состоит из лица, принимающего решение (ЛПР), исполнителей управления (ИУ), информационно-управляющих средств (ИУС) и осуществляет управление непосредственно технологическим оборудованием и движением материальных потоков производства.

Рис. 1.2. Взаимодействие технологического объекта управления (ТОУ)


и системы управления (СУ)
Граница между системой управления и технологическим объектом управления проходит там, где информационные процессы вызывают изменение хода материально-энергетических процессов.
1.2. Особенности химического производства
В зависимости от отраслевой принадлежности предприятия подсистема материальной подготовки и подсистема основного производства имеют ряд специфических особенностей. Это обусловлено свойствами исходного сырья и материалов и способами воздействия на них с целью получения готовой продукции, т.е. характером и типом технологических операций и используемого оборудования, машин и аппаратов.

Например, на машиностроительных предприятиях основным сырьем являются различного рода металлические заготовки, а одной из основных технологических операций является механическое воздействие путем прессования, резанья и т.п., с целью изменении формы заготовки и получения готовой детали. Основное оборудование – металлообрабатывающие станки.

На предприятиях химической отрасли используют в основном минеральное сырье неорганического и органического происхождения. В процессе переработки сырья превалируют химические и физико-химические воздействия на материалы, которые приводят к коренному изменению состава, свойств и строения веществ.

Химическое производство – последовательность технологических процессов переработки сырья в необходимые продукты с обязательным использованием технологической операции химического превращения, изменяющего состав, свойства и структуру веществ.

Химико-технологический процесс (ХТП) – совокупность типовых (основных) физических, гидромеханических, химических воздействий на исходные вещества и оборудования для их осуществления с целью получения продуктов или полупродуктов.

В зависимости от основного назначения, в химическом производстве выделяют следующие виды типовых (основных) процессов, т.е. технологических операций, для проведения которых предназначены соответствующие аппараты и машины.



Механические и гидромеханические процессы – перемещение материалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смешение и разделение потоков. Все они протекают без изменения химического состава и фазового состояния обрабатываемого материала. Для проведения этих процессов предназначены транспортеры, питатели, дробилки, диспергаторы, компрессоры, насосы, смесители, фильтры и т.п.

Теплообменные процессы – нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния (кипение, конденсация). Химический состав веществ в них не меняется. Они протекают в теплообменниках, кипятильниках, конденсаторах, плавилках, сублиматорах.

Массообменные процессырастворение, кристаллизация, сушка, дистилляция, ректификация, абсорбция, экстракция, десорбция, которые представляют собой перенос вещества внутри фазы или между фазами, протекающий без изменения химического состава. Для этого служат: кристаллизаторы, сушилки, дистилляторы, ректификаторы, абсорберы, экстракторы, десорберы.

Химические процессыпроцессы, вызывающие коренное изменение химического состава веществ путем реализации химических реакций, протекают в реакторах.

Кроме указанных основных процессов в химическом производстве осуществляются также:

энергетические процессы, которые заключаются во взаимном преобразовании различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах;

информационно-управляющие процессы, отвечающие за получение и передачу информации о состоянии потоков и веществ, выработку и передачу сигналов на пульт управления. К информационно-управляющим устройствам относятся: датчики, сигнальные и информационные системы, клапаны задвижки, вентили, системы автоматического регулирования и т.д.

Химическое производство является многофункциональным. Общая структура химического производства представлена на рис.1.3.
Рис. 1.3. Структура и функциональные элементы химического производства:

1 – подготовка сырья; 2 – переработка сырья; 3 – выделение основного продукта;


4 – санитарная очистка и утилизация отходов; 5 – энергетическая система; 6 – подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 – система управления
Позиция 1 – подготовка сырья. Включает в себя предварительную обработку сырья – измельчение, очистку от примесей, смешение компонентов и т.д.

Позиции 2,3. Подготовленное сырье проходит ряд превращений, в результате чего образуется необходимый продукт (поз.2). Возможно, необходимо выделение основного продукта из образовавшейся смеси, очищение его от примесей (поз.3). Элементы 2,3 образуют по существу основное химическое производство.

Позиция 4. Отходы производства могут содержать как вредные компоненты, которые опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства.

Позиция 5. Химическое производство является энергоемким. Около 15% всех энергоресурсов расходуется в этой области техники. Причем, энергия не столько потребляется непосредственно для получения продукта, сколько обеспечивает условия его производства. Энергетическая система химического производства должна обеспечивать не только распределение энергии по стадиям производства, но и по возможности возвращения ее после использования в переработке сырья.

Позиция 6. Кроме энергии в химическом производстве используют вспомогательные материалы. Особое место занимает вода – она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворения и разбавления технологических потоков и т.д. Подготовка вспомогательных материалов и особенно водоподготовка – очень важная и сложная часть химического производства.

Позиция 7. Химическое производство невозможно эксплуатировать без системы управления. Она обеспечивает контроль состояния производства, проведение процессов при оптимальных условиях, защиту от нежелательных и аварийных ситуаций, пуск и остановку сложной системы. Этот элемент представляет собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП).

Компоненты химического производства делятся на:



  • переменные компоненты, которые постоянно потребляются или образуются в производстве (сырье, вспомогательные материалы, продукты, отходы производства, энергия);

  • постоянные компоненты, которые закладываются в производство (оборудование, конструкции) или участвуют в нем на весь или почти весь срок его существования (аппаратура, устройства контроля и управления, здания, сооружения, обслуживающий персонал).

В состав химического производства для обеспечения его функционирования как производственной единицы, входят:

  • основное химическое производство;

  • хранилища сырья, продуктов и других материалов;

  • транспортировка сырья, продуктов, промежуточных веществ, отходов;

  • система управления, обеспечения и безопасности;

  • обслуживающий персонал производственного подразделения.

Основное химическое производство включает в себя десятки, сотни разнообразных химико-технологических процессов (ХТП), связанных материальными, энергетическими и информационными потоками и должно быть организовано наиболее рациональным способом. Научные основы решения этой задачи содержит химическая технология.

Химическая технология – прикладная наука об организации процессов производства продуктов, осуществляемых с участием химических и физико-химических превращений наиболее эффективным путем.

Химическая технология как наука имеет:



  • предмет изучения – химическое производство;

  • метод изучения – экспериментальный, математическое моделирование, системный анализ;

  • средства исследования – эксперимент, ЭВМ;

  • цель изучения – создание эффективных способов производства необходимых человеку продуктов.

1.2.1. Показатели эффективности

химико-технологических процессов и производств
Определение полезности и эффективности химического производства и технологического процесса в нем производится по различным показателям.

Технические показатели определяют эффективность химико-технологического или производственного процесса.

Производительность (мощность) производства – количество получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья в единицу времени:



, (1.1)

где П – производительность; G – количество получаемого продукта или перерабатываемого сырья; t – время (период).

Обычно производительность выражают в количестве продукта за 1 час или 1 сутки. Для связи часовой или суточной производительности с годовой принимают, что производство работает 8000 часов или 330 суток в году. Размерность П, соответственно: кг/ч, т/сут, т/год

Расходный коэффициент показывает количество затраченного сырья, материалов или энергии на производство единицы продукта. Его размерность: (кг сырья/т продукта), (м3/кг продукта), (кВтч/кг продукта), (Гкал/т продукта) и т.д.

Выход продукта – отношение реально получаемого количества продукта к максимально возможному количеству, которое теоретически можно получить из того же количества сырья.

Интенсивность процесса – количество перерабатываемого сырья или образуемого продукта в единице объема аппарата в единицу времени.

Удельные капитальные затраты – затраты на оборудование, отнесенные к единице его производительности.

Качество продукта определяет его потребительские свойства и товарную ценность. Показатель индивидуален для каждого продукта. Он может включать физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и прочее.



Экономические показатели определяют экономическую эффективность производства.

Себестоимость продукции – суммарные затраты на получение единицы продукта. Себестоимость имеет денежное выражение.

Общая структура себестоимости С:

, (1.2)

где - количество продукта; и - цена и количество израсходованного сырья, энергии, материалов на производство продукта в количестве ;


- капитальные затраты; k – коэффициент окупаемости капитальных затрат; - оплата труда.

Производительность труда – количество продукции, произведенной в единицу времени в пересчете на одного работающего.

Экономические показатели рассчитываются на основе технических показателей.

Эксплуатационные показатели характеризуют изменения, возникающие в химико-технологическом процессе и производстве во время их эксплуатации при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний.

Надежность характеризуют средним временем безаварийной работы.

Безопасность функционирования – вероятность нарушений, приводящих к нанесению вреда или ущерба обслуживающему персоналу, оборудованию, окружающей среде.

Управляемость и регулируемость характеризуют возможностью поддержания показателей процесса в допустимых пределах.



Социальные показатели определяют комфортность работы на данном производстве и его влияние на окружающую среду.

Безвредность обслуживания оценивается сопоставлением санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала с соответствующими нормами.

Степень автоматизации и механизации определяет долю ручного и тяжелого труда в производстве.

Экологическая безопасность – степень воздействия производства на окружающую среду и экологическую обстановку в регионе.


1.3. Общие представления о химическом производстве

как химико-технологической системе
Система – упорядоченная совокупность большого числа материальных объектов (элементов), взаимодействующих друг с другом посредством материальных, энергетических и информационных связей и функционирующих как единое целое для достижения общей цели наилучшим способом.

Так химическое производство представляет собой совокупность машин, аппаратов и других устройств, связанных между собой трубо-, газо- и паропроводами, а также электрическими, транспортными и телекоммуникационными (для информации и управления) линиями связи для совместного функционирования. Это позволяет представлять химическое производство как химико-технологическую систему (ХТС).

Элементом ХТС может быть отдельный ХТП или их совокупность. Степень детализации ХТС на отдельные элементы и подсистемы зависит от задачи исследования. Исследование сложных ХТС сводится к изучению ее подсистем или элементов и способов взаимодействия между ними.

Подсистемы могут быть выделены как по масштабу, так и функционально.



Функциональные подсистемы обеспечивают выполнение функций производства и его функционирование в целом.

Технологическая подсистема – часть производства, где осуществляется собственно переработка сырья в продукты – совокупный химико-технологический процесс.

Энергетическая подсистема – часть производства, служащая для обеспечения энергией (тепловой, силовой, электрической) химико-технологического процесса.

Подсистема управления – часть производства, с помощью которой осуществляется сбор, хранение информации о его функционировании и выработка управляющих воздействий. Как правило, управляющие воздействия формируются и реализуются с участием человека. Поэтому данная подсистема называется автоматизированной системой управления технологическим процессом или производством (АСУТП или АСУПр).

Совокупность функциональных подсистем образует состав ХТС.

Масштабные подсистемы выполняют определенные функции в последовательности процессов переработки сырья в продукты как отдельные части производственного процесса. Масштабные подсистемы ХТС можно систематизировать в виде иерархической структуры, отражающей организационное построение производства и соподчинение подсистем различного масштаба. Под масштабом следует понимать количество взаимосвязанных элементов (ХТП), объединенных для достижения некоторой общей цели функционирования.

Иерархическая структура ХТС представлена на рис.1.4.

Рис. 1.4. Иерархическая структура химико-технологической системы


Элементом минимального масштаба в структуре ХТС является отдельный аппарат (реактор, абсорбер, ректификационная колонна, насос и прочее). Это – низший масштабный уровень I. Объединение нескольких аппаратов, выполняющих вместе какое-либо преобразование материального потока, образует один элемент подсистемы II-го масштабного уровня (реакционный узел, система разделения многокомпонентной смеси и так далее). Совокупность подсистем второго уровня образует подсистему III-го уровня в виде элементов, которые называются отделениями, участками, цехами. Например, в производстве серной кислоты это отделения обжига серосодержащего сырья, очистки и осушки сернистого газа и т.д. К подсистемам III-го уровня могут относиться водоподготовка, регенерация отработанных вспомогательных материалов, утилизация отходов. Совокупность отделений, участков, цехов образует ХТС производства в целом (IV-ый уровень).

Отличительной особенностью иерархической структуры производства является то, что между подсистемами одного и того же уровня иерархии существуют взаимосвязи в форме материальных и энергетических потоков (см.

чрис. 1.4, показаны пунктиром). Вертикальные линии отражают соподчинение подсистем. Потоки ХТС (связи между элементами) классифицируют по их содержанию.

Материальные потоки перемещают вещества по трубопроводам различного назначения, с помощью механических устройств.

Энергетические потоки переносят энергию любого вида: тепловую, силовую, электрическую, топливную. Тепловая энергии и топливо передаются обычно по трубопроводам, силовая энергия – по трубопроводам в виде газа под давлением или механическим путем через вал двигателя и другие приводы. Провода, силовые кабели передают электрическую энергию.

Информационные потоки используются в системах контроля и управления процессами и производством. Кроме электрических проводов для этой цели служат капиллярные трубки в пневматических системах и др.

Последовательность прохождения потоков через элементы ХТС определяет структуру связей и обеспечивает определенные условия работы элементов системы. Основные типы структуры связей показаны на рис.1.5, где прямоугольниками представлены элементы, а линиями со стрелками – связи и направления потоков.



Рис.1.5. Связи в химико-технологической системе:

1 – последовательная; 2 – разветвленная; 3 – параллельная; 4,5 - обводная (байпас) простая (4) и сложная (5); 6-9 – обратная (рециркуляционная): рецикл полный (6,9) и фракционный (7,8); простой (6) и сложный (9); Р – система разделения
Понятия "система" и "элемент" относительны. Степень детализации ХТС на отдельные подсистемы и элементы зависит от целей и задач исследования. Элементом ХТС может быть отдельный ХТП или их совокупность, объединенная некоторой общей целью функционирования. Например, в качестве элемента может рассматриваться каскад химических реакторов или реакторный узел, включающий химический реактор и вспомогательный теплообменник
(рис. 1.6).

Рис. 1.6. Реакторный узел:

1 – теплообменник; 2 – каталитический реактор
Тепло, выделяющееся в результате протекания реакции, используется для подогрева исходного сырья.

Одним из методов изучения науки "химическая технология" является системный анализ, который представляет собой совокупность способов и средств научного познания и прикладных исследований, используемых для подготовки, обоснования и решения сложных проблем социального, экономического и научно-технического характера. В рамках системного анализа используют достижения математики, механики, теории управления и других наук. Основой стратегии системного анализа является формализация ХТС и ХТП с помощью математических моделей.

Таким образом, обобщая все выше сказанное, делаем вывод, что ХТС есть модель химического производства, которая включает в себя графическую составляющую (схемы и другие графические изображения) и описательную составляющую (формулы, уравнения, математические описания процессов).

  1   2   3


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет