Системный подход к проблеме проектирования и развития линий

При проектировании новых производств целесообразно учитывать максимально возможное число факторов, способных оказать влияние на строительство и эксплуатацию будущего предприятия, т. е. рассматривать процесс проектирования с системных позиций.

Под системой понимают совокупность элементов, объединенных общими свойствами или признаками. Система представляет собой часть другой системы, которая, в свою очередь, входит в более сложную систему и т. д.

Применительно к переработке сельскохозяйственного сырья под системой будем понимать совокупность организационных, экономических, физико-химических процессов, сырья, готового продукта и оборудования.

Обязательными компонентами любой системы являются элементы и связи между ними. Элемент обозначают определенным символом, знаком, переменной, которая характеризует элемент или комплекс элементов.

Те переменные, которые при решении конкретной задачи принимают неизменными, называются параметрами. Определить систему — значит определить ее элементы, выразить их переменные, найти значения переменных, выделить параметры, установить связи между ними.

Для правильного понимания взаимодействия системных объектов и процессов с окружающей средой необходим синтетический подход и учет влияния различных видов связей. Среди различных связей системных объектов с окружающей средой особенно выделяются входные и выходные воздействия. Они обеспечивают активное взаимодействие объекта с окружающей средой и во многом определяют его функции.

Любая система допускает разделение ее на подсистемы. Объекты, принадлежащие к одной подсистеме, можно рассматривать как составляющие окружения другой подсистемы. Разделение системы на подсистемы приводит к иерархичности ее структуры.

В зависимости от постановки и цели решаемой задачи один и тот же объект в одной иерархической системе является системой, в другой — подсистемой, а в третьей — элементом.

Связи между элементами могут быть:

вещественные — каналы, пути, по которым элементы системы обмениваются между собой веществами — сырьем, полуфабрикатами и т. д;

энергетические — каналы обмена различными видами энергии — электрической, механической, тепловой и т. п.;

информационные — передающие сигналы управления и сигнализации в технических системах о ходе технологических процессов, а также в организационных системах — команды, приказы и сведения.

Все три вида связей существуют неотделимо друг от друга.

Основные части системы: вход, структура и выход.

Вход системы — комплексное понятие, включающее в себя внешнюю среду и окружающую систему в виде вещественных, энергетических и информационных каналов.

Информационные каналы определяют способы функционирования элементов системы. Для технологического процесса характерны вещественные (материальные), энергетические и информационные связи с системами окружающей среды.

Одна часть этой информации включает плановые задания, определяющие календарные сроки начала выпуска продукции, вторая — технологическую документацию, содержащую алгоритм и программы управления процессом выпуска продукции на различных операциях.

Взаимодействие системы с внешней средой осуществляется внешними связями. На входе система получает воздействие от среды, а на выходе она сама воздействует на среду. Физические системы не просто находятся в окружении, они существуют благодаря окружению, и успех проектирования искусственных систем определяется их совместимостью с окружающей системой.

Внутренняя структура системы — совокупность устойчивых отношений между частями целостного объекта или процессов, определяющая качественную определенность технологической системы. Понятие структуры играет важную роль в системном анализе, так как от ее знания зависят знания отношений между отдельными элементами системы.

Выход системы — результат ее деятельности. К выходам системы относятся готовая продукция и информация о фактическом времени ее изготовления и технологических отклонениях. Эта информация поступает в систему оперативного управления производством и в службы технологической подготовки производства.

Окружающей средой для технологического процесса производства продукции являются заготовительные и обрабатывающие участки, службы технологической подготовки и оперативного управления производством.

Системный анализ в процессе проектирования — это метод анализа технологической системы в процессе проектирования с системных позиций. В основе анализа существующей или проектируемой системы лежит задача взаимодействия процессов и системы с целью определения размещения процессов в уже существующей системе или в ее проектируемом варианте.

Процесс системного анализа включает пять основных структурно-логических элементов: цель, пути достижения поставленной цели (стратегия), требуемые параметры, модель и критерий.

Цель — желаемое состояние системы, результат ее деятельности. Примером цели может быть получение прибыли или снижение энергоемкости при производстве того или иного продукта.

Пути достижения поставленной цели (стратегия) — использование различных средств и методов для достижения поставленной цели. Например, для достижения поставленной цели — повышения прибыли — необходимо снизить себестоимость и повысить качество выпускаемой продукции.

Определение требуемых параметров системы — какие ресурсы требуются для достижения цели и их распределения. Одним из основных условий определения и распределения ресурсов является их ограниченность, что связано с необходимостью выявления приоритетности, выделения и использования ресурсов.

В целом задание целей, выбор стратегии и определение ресурсов взаимосвязаны. При разработке системы путем последовательной оптимизации цели, стратегии и необходимых для этого ресурсов находят приемлемые параметры системы.

Модель — аналог действительной системы, который может быть построен и исследован до создания самой системы, например линии. Модель может быть описана словесно в виде физического, математического или символьного аналога.

Математическое моделирование предполагает описание процессов системы в виде математических зависимостей — моделей. Математические модели исследуют на электронно-вычислительных машинах (компьютерах).

Критерий — это признак, условие, правило, по которым определяют наиболее предпочтительный, эффективный (оптимальный) вариант достижения поставленной цели. Самыми распространенными критериями оптимальности или целевой функцией производства являются его прибыль, себестоимость выпускаемой продукции, потери сырья, энергоемкость, производительность, затраты трудовых ресурсов и т. д.

Применение системного анализа при проектировании связано с решением двух основных задач — синтеза и анализа.

Синтез —это элемент системного анализа существующего или проектируемого производства, заключающийся в мысленном (компьютерном) соединении отдельных подсистем или элементов в единую систему — оборудования в линию, линий — в участки и цеха.

Задача синтеза возникает при создании многовариантного производства или выборе наилучшего решения при проектировании производства. Подобные решения всегда неоднозначны из-за разнообразия оборудования, рецептур, процессов, приводящих к одинаковому результату.

Малотоннажность производства сельскохозяйственной продукции, колебания ассортимента в зависимости от сезона делают экономически целесообразными создание максимально универсальных линий с возможностью выпуска большего числа продуктов в режиме совмещенной работы оборудования.

Эти две особенности обусловливают необходимость сочетать преимущества специализации и универсальности и ориентироваться при проектировании на технологические схемы, пригодные для реализации близких друг к другу технологических схем и применяемого оборудования.

Основным этапом синтеза на уровне цеха является распределение процессов переработки сырья и полуфабрикатов по технологическим схемам.

При рациональном выборе вновь проектируемого производства для заданного ассортимента или поиска ассортимента для существующего производства при синтезе достигаются следующие цели:

максимальная загрузка совмещенных технологических схем, когда при переходе от одного продукта к другому отсутствуют простои оборудования;

сокращение внутрицеховых материальных и энергетических коммуникаций;

специализация обслуживания технологических схем, сокращение времени перехода от выпуска одного продукта к другому.

Анализ— это элемент системного анализа существующего или проектируемого производства, заключающийся в мысленном (компьютерном) разъединении отдельных подсистем или элементов на еще более мелкие подсистемы и элементы.

Например, задача анализа решается при определении возможности размещения ранее известного процесса производства продукта в уже существующем производстве. Для каждого элемента процесса отыскивают соответствующий элемент производства (оборудование, аппарат).

Проектирование нового производства или реконструкция уже существующего — процесс многостадийный и представляет собой итерационный процесс синтеза и анализа (рис. 11.1).

Первоначально решают задачу синтеза системы (при проектировании — первый вариант разработки, для существующего производства — его исходный вариант).

Следующим этапом системного анализа является нахождение оптимального варианта. Выбирают оборудование, рассчитывают или моделируют параметры системы.

Рис. 11.1. Процесс синтеза и анализа.

Если полученные параметры не отвечают оптимальному решению, то проводят его анализ — разбивают на части с последующим выбором новых параметров (оборудования).

Вновь осуществляют синтез системы. Если данный вариант удовлетворяет разработчика, то его принимают за окончательный. Если данный вариант не удовлетворяет разработчика, то вновь проводят анализ — разбивают систему на части, возможно, с более мелкой детализацией.

Процесс «синтез — анализ» проводят до нахождения оптимального решения.