Объекта управления структура материально-производственной системы предприятия

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

Рис. 1.1. Функциональная структура материально-производственной системы

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)

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.

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;

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).
  

• 
  основное химическое производство;
  
• 
  хранилища сырья, продуктов и других материалов;
  
• 
  транспортировка сырья, продуктов, промежуточных веществ, отходов;
  
• 
  система управления, обеспечения и безопасности;
  
• 
  обслуживающий персонал производственного подразделения.
  

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.
  

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

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.

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 ;

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.

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.

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.

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

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).