3. Инженерное обеспечение производственного процесса

Проектируя технологию, необходимо предвидеть, какого инженерного обеспечения потребует производственный процесс и какие при этом возможны решения. Выбор оптимальных вариантов инженерных решений - совместная задача специалистов и технологов. Оптимальный вариант должен отвечать требованиям к проектам, установленным инструкцией СН 202-81*, обеспечивать заданные условия работы, вписываться в интерьер помещений и не усложнять условий развития производства.

3.1.

Содержание задания на проектирование

Производственные процессы изготовления печатной продукции осуществляются в производственных зданиях с определенной внутренней средой (см. схему).

Этапы комплексного производственного процесса различны по технологии и технологическому оснащению, а следовательно, предъявляют различные требования к цеховым условиям, которые создаются с помощью инженерных сетей и сооружений.

Технологические требования к инженерному обеспечению должны быть разумны и целесообразны; производственные фонды должны использоваться с максимальной отдачей.

Инженерные сети вентиляции и кондиционирования воздуха, силового и осветительного электроснабжения, водоснабжения и канализации по возможности должны быть скрыты в конструкциях здания - за подвесными потолками, в каналах нижних этажей, в конструкциях перекрытий и т.п.

В процессе проектирования технологии составляются задания на разработку следующих инженерных частей и разделов проекта:

1) архитектурно-строительной части;

2) отделки стен, потолков и устройства полов;

3) мероприятий по снижению уровня шума и звукоизоляции в производственных помещениях;

4) вспомогательных помещений (санитарно-бытовых, здравоохранения, общественного питания и пр.);

5) отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;

6) местных отсосов;

7) пневмотранспорта бумажных отходов в прессовую;

8) водоснабжения, канализации и очистки производственных сточных вод;

9) организации централизованного водоснабжения, вакуумснабжения, краскоснабжения;

10) электроосвещения и силового электрооборудования к технологическим потребителям;

11) слаботочных устройств;

12) механизации технологических процессов, погрузочно-разгрузочных работ и межцехового транспорта;

13) газетно-журнальной экспедиции;

14) автоматического пожаротушения.

Состав заданий на проектирование инженерного обеспечения в зависимости от масштаба, характера, организационно-технического уровня и специфики производства может быть дополнен или сокращен.

Наиболее объемным и ответственным является задание на проектирование архитектурно-строительной части, в особенности на разработку объемно-планировочных и конструктивных решений. Непродуманность этого задания может привести к тому, что промышленное здание не будет соответствовать размещаемому в нем производственному процессу и на долгие годы осложнит работу предприятия.

В приведенном выше перечне технологических заданий части и разделы комплексного проекта не равнозначны. В этой главе дано развернутое содержание наиболее важных частей комплексного проекта инженерного обеспечения производственного процесса.

3.2.

Производственное водоснабжение и очистка сточных вод

Водопроводная и канализационная сети многоэтажного производственного корпуса полиграфического предприятия подобны дереву с вертикальными и горизонтальными стволами и ветвями. Вода от городской водопроводной сети под давлением поступает в нижние этажи, откуда по разветвленной сети распределяется среди потребителей, находящихся на разных горизонтальных уровнях и в разных точках одной плоскости. Качество воды, подаваемой ко всем приемникам от одного ввода, одинаково. Каждый приемник оборудуется канализацией для сброса отработанной воды. Система сброса аналогична системе подачи воды, но сброс идет самотеком и в обратном направлении. От единичных потребителей стоки собираются в более толстых ветвях, стволах и в конечном итоге соединяются в выводных трубах.

Крупные предприятия могут снабжаться водой через несколько вводов. Вода для разных целей может быть различного качества, со своей системой разводки и сброса: питьевой, для хозяйственных целей и технологии, артезианской или из открытых водоемов (для охлаждения оборудования и системы пожарной безопасности).

Потребители воды. В производстве полиграфических предприятий вода потребляется для приготовления рабочих растворов; межоперационной промывки предмета обработки после химических и электролитических операций; периодической промывки различных емкостей (гальванических и других ванн, кювет, баков, котлов и т.п.); увлажнения офсетных форм в процессе печатания; поддержания заданной температуры рабочих растворов. Большинство технологических процессов изготовления форм высокой, офсетной и глубокой печати основано на химических реакциях с применением воды.

В технологических процессах используется вода из городских водопроводных сетей, пригодная для питья. Ее расход для собственно технологических целей даже на крупных предприятиях незначителен и обеспечивается городской сетью.

В последние годы в промышленности получают распространение машины и поточные линии, выполняющие комплекс технологических операций с применением воды. Нормы расхода воды, как правило, указываются в технической документации на оборудование.

Интенсификация производства и нормализация технологических режимов сопровождаются увеличением числа единиц оборудования, потребляющего воду для охлаждения или поддержания заданного температурного режима. В целях экономии для охлаждения оборудования должна применяться оборотная вода из специально сооружаемых резервуаров. При этом вода циркулирует по замкнутой системе резервуар - система охлаждения - резервуар. Резервуары периодически пополняются из городских водопроводных сетей.

Расход воды. В зависимости от характера технологической операции вода расходуется как при непрерывном и прерывном течении, так и для заполнения определенной емкости, что должно быть оговорено в задании на проектирование технологического водоснабжения, в котором указываются секундный, часовой и суточный расход воды. По секундному расходу определяется диаметр подводящего трубопровода.

По замерам Гипронииполиграфа скорость течения воды в раковинах-мойках при выполнении технологических операций составляет 0,1-0,15 л/с.

При проектировании полиграфического производства потребность воды определяют по удельному расходу на каждого потребителя.

Суммарный расход воды (л/с)

где - максимальный секундный расход на хозяйственно-питьевые нужды, л; - максимальный секундный расход на санитарно-гигиенические нужды, л; - максимальный секундный расход на производственные нужды, л; - максимальный секундный расход на противопожарные нужды, л.

Максимальный секундный расход на хозяйственно-питьевые нужды рассчитывается по формуле

где b - норма потребления на одного рабочего в смену, b = 20-30 л; - количество работающих в максимальную смену, чел.; - коэффициент часовой неравномерности потребления воды, = 1,5 - 2,5; t - время работы в течение смены, ч.

Максимальный секундный расход на производственные нужды составляет

где - удельный расход воды на единицу объема работ, л; А - общий объем работ в сутки или максимальную смену; - коэффициент часовой неравномерности потребления воды на производственные нужды, = 1,2; - коэффициент на неучтенный расход воды.

Максимальный секундный расход на санитарно-гигиенические нужды

где С - норма расхода воды на одного принимающего душ, 30 л; - число рабочих, принимающих душ в одну смену; = 40% от ; - время работы душевых установок, полагается равным 45 мин.

Расчетный расход воды на пожаротушение определяется исходя из продолжительности тушения, которая принята равной 3 ч: =10 л/с на один пожар.

Таким образом, если вода в течение часа течет прерываясь, время ее потребления определяется по фактической продолжительности операций и количеству изделий, обрабатываемых в час. Если в одной раковине-мойке обрабатывается несколько изделий или выполняется несколько операций при изготовлении одного изделия, определяется общее время потребления воды.

Продолжительность операций с применением воды указана в технологических инструкциях на процессы полиграфического производства; если указаний нет, то она может быть определена путем замеров на действующих предприятиях, а в отдельных случаях рассчитана по формуле

где - общее время обработки изделий; - продолжительность подготовительно-заключительного времени; - суммарное операционное время обработки изделия без применения воды.

При непрерывном течении количество потребляемой воды в час (Р) определяется по формуле

где - расход воды в секунду, л; - время потребления воды при обработке одного изделия, с.

Суточный расход воды определяется по формуле

где Ц - время работы оборудования в течение суток, ч.

Производственные стоки. Канализационная система предприятия строится для стоков воды разного качества: условно чистых стоков воды, употребляемой для охлаждения оборудования, в теплообменниках, компрессорах; загрязненных производственных стоков, содержащих различные примеси.

Для проектирования канализационной системы и очистных сооружений необходимы исчерпывающие сведения о содержании стоков по каждой операции технологического процесса, осуществляемой при посредстве химических реакций.

В технологических заданиях на проектирование канализации и очистных сооружений отдельно по каждому водоприемнику указываются примеси, содержащиеся в сточной воде. В заданиях должны быть приведены следующие данные:

1) химический состав исходного материала, подлежащего обработке;

2) состав реагентов, применяемых для выполнения операции;

3) химический процесс, протекающий при выполнении операции;

4) химические соединения, образующиеся в результате выполнения операции;

5) количество стоков в единицу времени, содержание в них различных примесей и другие необходимые сведения.

Стоки с различными примесями от отдельных потребителей воды соединяются в отводящей сети, и в самой системе канализации возможны реакции между различными химическими веществами с образованием нейтральных либо вредных соединений. Таким образом, для исключения вредностей и их образования в канализационной системе вредные вещества, очевидно, должны нейтрализоваться непосредственно у потребителей воды. Эти вопросы решают специалисты, проектирующие водоснабжение, канализацию и очистные сооружения.

По санитарным нормам стоки не должны содержать вещества, вредно действующие или засоряющие канализационную систему.

В зависимости от вида потребления воды стоки можно подразделить:

по степени агрессивности - на слабоагрессивные (слабокислые с рН=6-6,5 и слабощелочные с рН=8-9), в производстве - это в основном промывные сточные воды; сильноагрессивные (сильнокислые с рН<6 и сильнощелочные с рН > 9), в производстве - это отработанные растворы и электролиты; неагрессивные (с рН = 6,5-8);

по загрязненности - на содержащие минеральные или органические примеси, а на отдельных процессах и те и другие (перевод пигментной копии и травление форм глубокой печати - классический способ).

Отработанные концентрированные растворы и электролиты перед спуском в канализацию должны нейтрализоваться. На стоках, содержащих коллоиды и нефтепродукты, устанавливаются ловушки (проявление и травление форм глубокой печати, смывка печатных форм и т.п.).

Необходимость установки очистных сооружений определяется количеством примесей, находящихся в сточных водах, согласно специальным санитарным нормам.

Внутренние сети от гальванических отделений, участков травления форм глубокой печати изготавливаются из материалов, стойких к воздействию химических реагентов (керамические, пластмассовые и т.п.).

Технологические операции с применением химических реакций выполняются в определенном объеме воды с определенным количеством химических реагентов. Таким образом, количество химических веществ или соединений может быть рассчитано при наличии следующих исходных данных:

1) норм расхода материалов на процессы полиграфического производства;

2) рецептур применяемых рабочих растворов с содержанием составляющих элементов;

3) норм выработки на процессы полиграфического производства;

4) расхода воды на межоперационные промывки предмета обработки (офсетных пластин, цилиндров и т.п.);

5) расхода воды на изготовление рабочих растворов.

Нормы расхода материалов составляют на определенный размер изделия (негатива или диапозитива, офсетной пластины, цилиндра глубокой печати и т.п.). Нормы выработки на технологические процессы полиграфического производства составлены по фактическим размерам изделий. Следовательно, фактическую часовую выработку нужно перевести в единицы, на которые установлен расход материала, а затем умножить на норму расхода материала и часовой расход воды. Таким образом определяется содержание в воде каждого составляющего, участвующего в химическом процессе.

Количество примесей в сточных водах рассчитывают по формуле

где С - содержание примеси в сточной воде; n - часовая норма в единицах продукции (негатив, офсетная пластина, цилиндр и т.п.); - площадь изделий, ; - расчетная площадь, ; l - норма расхода материалов на единицу измерения; - продолжительность процесса с применением воды, с; - расход воды, л/с; - коэффициент сброса вещества в канализацию.

Задание на проектирование водоснабжения и канализации предприятия составляется в форме таблицы и выдается вместе с технологическими планами. Оно должно содержать следующие сведения:

1) наименование корпуса, цеха, отделения участка;

2) количество часов работы по сменам;

3) характеристики водопотребления (назначение подводимой воды; требования к ее качеству; температура; режим водопотребления: прерывный, непрерывный; расход воды);

4) характер водоотведения (промывные воды: наименование за-грязнений, химическая формула, концентрация, количество загрязнений в сутки; отработанные растворы: наименование загрязнений, химическая формула, концентрация).

Расход воды крупными специализированными машинами-агрегатами, работающими с водяным охлаждением, указывается в паспорте машины. Годовой расход воды на бытовые нужды определяется по санитарным нормам.

3.3.

Вентиляция и кондиционирование воздуха

Устройство отопления и вентиляции на полиграфических предприятиях регламентируется отраслевыми правилами по технике безопасности и промышленной санитарии.

Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должна обеспечивать требуемые гигиенические параметры воздушной среды и содержание в воздухе рабочей зоны газов, паров и пыли.

В процессе проектирования технологии выбирать технологические процессы и оборудование следует с учетом максимального устранения производственных вредностей и их воздействия на работающих. Распространение вредных выделений должно предотвращаться в первую очередь технологическими решениями (соответствующей организацией рабочих мест на операциях, применением оборудования с заводскими герметическими укрытиями, свободной планировкой рабочих мест и рабочих помещений и т. п.).

Основными вредностями полиграфического производства являются: избыточное тепло от сушильных устройств в печатных машинах, от осветителей, сушильных шкафов и т.п.; пыль от бронзирования, транспортировки и упаковки отходов от резальных машин, шлифовки цилиндров глубокой печати и т.п.; вредные пары от лакирования печатной продукции, хромирования; пары химических соединений, применяемых в производстве.

Процессы бронзирования, лакирования должны проводиться в изолированных помещениях, а травление, кроме того, - в герметически закрытых машинах. Лакирование и бронзирование выполняют в машинах со встроенными местными отсосами и максимальной герметизацией. Местные отсосы применяются на технологическом оборудовании формных, печатных и брошюровочно-переплетных цехов. Перечень такого оборудования указан в отраслевых нормах и правилах.

При строительстве новых и расширении действующих предприятий объемно-планировочные и архитектурные решения должны обеспечивать удобные условия для эффективной вентиляции помещений при меньших капитальных и эксплуатационных затратах.

Количество воздуха, необходимого для обеспечения требуемых параметров воздушной среды в рабочей зоне, определяется по следующим показателям: в помещениях с тепловыделениями - по избыткам явного тепла; в помещениях с тепло- и влаговыделениями - по избыткам явного тепла, влаги и скрытого тепла в рабочей зоне, с проверкой при необходимости по верхней зоне; в помещениях с газовыделениями - по количеству вредностей, поступающих в рабочую зону, из условий разбавления их до допустимых концентраций.

Проектирование вентиляции по кратности воздухообмена, как правило, не допускается. Приточный воздух должен забираться в наименее загрязненной зоне с учетом преимущественного направления ветра для данной местности.

В последние годы в производственных помещениях формных и печатных цехов на крупных предприятиях проектируется кондициционирование воздуха, что обусловлено все более широким применением машин с электронным управлением, новой техники фоторепродукционных процессов, высокоскоростных многокрасочных печатных машин и т.д., требующих постоянного микроклимата. В зависимости от технологической необходимости оно может быть полным или частичным. При полном кондиционировании на постоянном уровне поддерживаются температура и относительная влажность воздуха, при частичном - только относительная влажность. В помещениях, где нет надобности в постоянном микроклимате, устраивается общеобменная вентиляция.

Технологические процессы в цехах и даже на отдельных участках цеха сопровождаются различными тепло- и влаговыделениями, в связи с чем приходится создавать различные комбинации постоянного микроклимата. Поэтому технологические требования к постоянной температуре и относительной влажности на отдельных процессах должны быть обоснованы, система кондиционирования по возможности должна быть простой и экономичной.

В помещениях полиграфических предприятий нашей страны микроклимат регламентируется технологическими инструкциями на процессы полиграфического производства.

При устройстве системы кондиционирования и общеобменной вентиляции особое внимание уделяют местоположению приточных и вытяжных каналов. При этом следует остерегаться сквозняков, образующихся в результате неправильного расположения каналов либо из-за слишком высокой скорости движения воздуха.

На колебания температуры в помещениях печатных цехов все большее влияние оказывают увеличивающиеся тепловыделения от электроприемников, различных сушильных устройств и самого печатного процесса, которые вызывают быструю утомляемость работающих.

У рабочих мест и зон оборудования, выделяющих большое количество производственных вредностей и тепла, следует устраивать местные вытяжки, подводя их как можно ближе к этим местам.

Технологическое задание на кондиционирование воздуха и вентиляцию составляется для каждого производственного цеха - для отдельных помещений. Задание должно включать следующие сведения:

1) наименование цеха, расход воздуха;

2) местоположение помещения (корпус, этаж);

3) характеристику вредностей, выделяемых при выполнении технологического процесса;

4) особенности технологического процесса, обусловливающие необходимость кондиционирования воздуха;

5) возможность применения рециркуляции воздуха;

6) параметры внутреннего воздуха - температура и относительная влажность отдельно для зимы и лета;

7) количество смен работы;

8) максимальное число людей, находящихся в помещении в смену;

9) мощность электроприемников помещения (отдельно для электродвигателей, электронагревателей и осветителей);

10) коэффициент использования оборудования с токоприемниками (отдельно для электродвигателей и нагревателей);

11) сведения об источниках выделения тепла (наименование источника, количество единиц, температура расходуемой воды, площадь влагоотдачи - зеркало ванн, моек; номер по спецификации на чертеже).

Задание дополняется перечнем оборудования, требующего местных вытяжных устройств, который должен включать: наименование помещений; название оборудования и его назначение; количество единиц оборудования; номера по спецификации; наименование выделяемых вредностей и их количество; температуру удаляемого воздуха; температуру проведения технологического процесса; желаемый характер местного отсоса (встроенный, зонт и т.п.); количество удаляемого воздуха; технологический выброс от оборудования, поставляемого с вентиляционными установками, характеристику и количество удаляемого воздуха.

В таблицу задания включаются те сведения, которые необходимы в данных конкретных условиях проектирования.

Вентиляция, воздушное отопление, воздушное душирование и воздушно-тепловые завесы обеспечивают допустимые метеорологические условия и чистоту воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах).

Кондиционирование воздуха следует предусматривать для обеспечения нормируемой чистоты и метеорологических условий в обслуживаемой или рабочей зоне помещения либо отдельных его участков.

Кондиционирование воздуха следует принимать:

первого класса - для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями нормативных документов;

второго класса - для обеспечения условий в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов; скорость движения воздуха в обслуживаемой зоне, на постоянных и непостоянных рабочих местах можно принимать в пределах допустимых норм;

третьего класса - для создания метеорологических условий в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм - при экономическом обосновании.

Системы кондиционирования, предназначенные для круглосуточного и круглогодичного поддержания требуемых параметров воздуха в помещениях, должны иметь не менее двух кондиционеров. При выходе из строя одного из них необходимо обеспечить не менее 50% требуемого воздухообмена и заданную температуру в холодный период года; при наличии технологических требований к постоянству заданных параметров в помещении следует устанавливать резервные кондиционеры или вентиляторы, насосы для поддержания нормированных параметров воздуха.

3.4.

Снабжение силовой и осветительной электроэнергией

Электрическая энергия в производственных цехах расходуется на питание электродвигателей, нагревателей, технологических осветителей, освещение помещений и другие цели.

Электроснабжение потребителей силовой и осветительной электроэнергией разрабатывается по технологическим, сантехническим и другим заданиям. Технологическим заданием на проектирование электроэнергетического раздела являются технологические планы, на которых обозначены места установки электроприемников, а в спецификациях оборудования на чертежах указывается количество электроприемников и потребляемая ими мощность. Кроме того, по каждому цеху составляются таблицы задания.

Задание на проектирование силового электрооборудования к технологическим электропотребителям включает следующие сведения:

1) наименование корпуса, помещения;

2) род тока, напряжение, частоту, количество фаз;

3) часы работы (отдельно по сменам);

4) категорию бесперебойности электроснабжения;

5) количество токоприемников в помещении;

6) установленную мощность: по всему оборудованию (отдельно для электродвигателей, нагревателей, осветителей) и отдельно по зонам;

7) расчет годового расхода электроэнергии (количество рабочих дней в году; коэффициент спроса; коэффициент мощности Км; расход электроэнергии отдельно по сменам и всего за год).

Этот раздел составляется при участии специалистов, проектирующих электрооборудование.

Задание на проектирование электроосвещения включает:

1) наименование корпуса, помещения;

2) количество часов работы в помещении, отдельно по сменам;

3) освещение - среднее комбинированное освещение (местное + общее) и общее;

4) количество единиц оборудования, мебели в помещении с местным освещением.

На полиграфических предприятиях освещение производственных помещений проектируется в соответствии с отраслевыми правилами и нормами ВСН-81. Искусственное освещение должно быть согласовано с цветовой окраской оборудования, производственной мебели и интерьера, поскольку от этого зависит его экономичность, производительность труда и степень утомляемости работающих.

При проектировании искусственного освещения не следует допускать большой разницы в освещении рабочих помещений и проходов; осветители должны быть расположены так, чтобы не создавались блики на поверхностях печатных форм и машин.

Светящиеся трубки люминесцентных ламп располагают на одинаковом расстоянии одна от другой. Такое расположение не потребует переделки освещения при изменении местоположения машин.

Для общего и местного освещения необходимо устанавливать лампы одного типа (особенно в печатных и формных цехах), так как иначе исказится восприятие тонов красок, а это отрицательно влияет на качество продукции.

Печатные цехи рекомендуется освещать общим направленным светом с таким расчетом, чтобы печатный аппарат, самонаклад и приемное устройство были освещены сильнее.

Общее освещение цехов и участков компьютерного набора должно быть по возможности близким к естественному дневному освещению. Рабочие места по экономическим и производственно-физиологическим соображениям рекомендуется освещать ориентированным светом. Местное освещение предусматривается в конструкциях резальных, печатных и других машин.

Для освещения формных цехов, связанных с фотокопировальными процессами (темные лаборатории, копировальные отделения), устанавливаются лампы, окрашенные в желтый или в другие неактиничные цвета с освещенностью 100-150 лк. Такие лампы достаточно ярки для того, чтобы различать детали изображения, и в то же время они предохраняют светочувствительный слой от засвечивания.

Годовой расход электроэнергии на освещение предприятия или цеха может быть определен укрупненно по освещению 1 площади, которое составляет 18-23 .

Годовой расход осветительной энергии ( ) определяют по формуле

где S - освещаемая площадь, ; - средний расход электроэнергии за 1 ч на 1 площади (для производственных помещений = 15-18 Вт, для складских ? = 8-10 Вт, для бытовых = 8 Вт); - годовое количество часов осветительной нагрузки ( = 650-800 ч при односменной, = 2300-2500 ч при двухсменной и = 4600-4800 ч при трехсменной работе).

Требования к освещению помещений промышленных предприятий (KEO, нормируемая освещенность, допустимые сочетания показателей ослепленности и пульсации освещенности) следует принимать с учетом п 7.5 и 7.6 СНиП 23-05-95.

Требования к освещению помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий (КЕО, нормируемая освещенность, показатель дискомфорта и коэффициент пульсации освещенности) следует принимать по табл. 2 того же СНиПа.

Искусственное и совмещенное освещение проектируют, учитывая требования к ультрафиолетовому облучению согласно действующим санитарным нормам и методическим указаниям "Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей (с применением искусственных источников ультрафиолетового излучения)".

Естественное освещение. Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь, как правило, естественное освещение.

Без естественного освещения допускается проектировать помещения, которые определены соответствующим СНиПом на проектирование зданий и сооружений, нормативными документами по строительному проектированию зданий и сооружений отдельных отраслей промышленности, утвержденными в установленном порядке, а также помещения, которые разрешено размещать в подвальных и цокольных этажах зданий и сооружений.

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное (верхнее и боковое).

В небольших помещениях при одностороннем боковом естественном освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, а при двустороннем боковом освещении - в точке посередине помещения. В крупногабаритных производственных помещениях при боковом освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, удаленной от световых проемов:

на 1,5 высоты помещения для работ I-IV разрядов;

на 2 высоты помещения для работ V-VII разрядов;

на 3 высоты помещения для работ VIII разряда.

При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн.

Допускается деление помещения на зоны с боковым освещением (зоны, примыкающие к наружным стенам с окнами) и зоны с верхним освещением, нормирование и расчет естественного освещения в каждой зоне производятся независимо друг от друга.

В производственных помещениях со зрительной работой I-III разрядов следует устраивать совмещенное освещение. Допускается применение верхнего естественного освещения в производственных цехах, где работы выполняются в значительной части объема помещения на разных уровнях от пола и на различно ориентированных в пространстве рабочих поверхностях. При этом нормированные значения КЕО принимаются для разрядов I, II, III соответственно 10, 7, 5%.

Нормированные значения КЕО для зданий, располагаемых в различных районах, следует определять по формуле

где N - номер группы обеспеченности естественным светом по табл. 3.1; еН - значение КЕО по табл. 3.2; mN - коэффициент светового климата по табл. 3.1.

Полученные значения следует округлять до десятых долей.

Таблица 3.1

Нормы светового климата

Световые проемы	Ориентация световых проемов по сторонам	Коэффициент светового климата
		Номер группы административных районов (N)
		1	2	3	4	5
В наружных стенах зданий	С	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	СВ. СЗ	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	З.В.	1	0,9	1,1	1,1	0,8
	ЮВ. ЮЗ	1	0,85	1	1,1	0,8
	Ю	1	0,85	1	1,1	0,75
В прямоугольных и тропецевидных фонарях	С-Ю	1	0,9	1,1	1,2	0,75
	СВ-ЮЗ ЮВ-СЗ	1	0,9	1,2	1,2	0,7
	В-З	1	0,9	1,1	1,2	0,7
В фонарях типа "шед"	С	1	0,9	1,2	1,2	0,7
В зенитных фонарях	-	1	0,9	1,2	1,2	0,75

Примечания:

1. С - северное; СВ - северо-восточное; СЗ - северо-западное; В - восточное; З - западное; С-Ю - север-юг; В-З - восток-запад; Ю - южное; ЮВ - юго-восточное; ЮЗ - юго-западное.

2. Группы административных районов России по ресурсам светового климата

Естественное освещение помещений рассчитывется без учета мебели, оборудования и других затеняющих предметов. Установленные расчетом размеры световых проемов допускается изменять на 10%.

Неравномерность естественного освещения производственных и общественных зданий с верхним или комбинированным естественным освещением не должна превышать 3:1. Расчетное значение КЕО при верхнем и комбинированном естественном освещении в любой точке на линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикального разреза помещения должно быть не менее нормированного значения КЕО при боковом освещении для работ соответствующих разрядов.

Совмещенное освещение. Совмещенное освещение производственных зданий следует предусматривать:

а) для производственных помещений, в которых выполняются работы I-III разрядов;

б) для производственных и других помещений в тех случаях, когда по условиям технологии, организации производства или климата в месте строительства требуются объемно-планировочные решения, которые не позволяют обеспечить нормированное значение КЕО (многоэтажные здания большой ширины, одноэтажные многопролетные здания с пролетами большой ширины и т.п.), а также в случаях, когда технико-экономическая целесообразность совмещенного освещения по сравнению с естественным подтверждена соответствующими расчетами;

в) в соответствии с нормативными документами по строительному проектированию зданий и сооружений отдельных отраслей промышленности, утвержденными в установленном порядке.

Нормированные значения КЕО для производственных помещений должны приниматься как для совмещенного освещения по табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Нормы освещенности производственных помещений

Характеристика зрительной работы	Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Подразряд зрительной работы	Контраст объекта с фоном	Характеристика фона	Искусственное освещение							Естественное освещение		Совмещенное освещение
						Освещенность, лк			Сочетание нормируемых значений показателя ослепленности и коэффициента пульсации				КЕО ,%
						При системе комбинированного освещения		При системе общего освещения	Р			,%	при верхнем или комбинированном освещении	при боковом оосвещении	при верхнем или комбинированном освещении	при боковом оосвещении
						всего	в том числе от общего
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14		15
Наивысшей точности	Менее 0,15	1	а	Малый	Темный	5000 4500	500 500	- -	20 10	10 10	-	-	6,0		2,0
			б	Малый Средний	Средний Темный	4000 3500	400 400	1250 1000	20 10	10 10
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	2500 2500	300 200	750 600	20 10	10 10
			г	Средний Большой >>	Светлый >> Средний	1500 1250	200 200	400 300	20 10	10 10
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,30	II				4000 3500	400 400	- -	20 10	10 10	-	-	4,2		1,5
						300 2500	300 300	750 600	20 10	10 10
						2000 1500	200 200	500 400	20 10	10 10
						1000	200	300	20	10

Для производственных помещений допускается нормированные значения КЕО принимать в соответствии с табл. 3.3:

а) в районах с температурой наиболее холодной пятидневки по СНиП 2.01.01 минус 27 °С и ниже;

б) в помещениях с боковым освещением, глубина которых по условиям технологии или в связи с выбором рациональных объемно-планировочных решений не позволяет обеспечить нормированное значение КЕО, указанное в табл. 3.3 для совмещенного освещения.

Таблица 3.3

Нормы коэффициента естественного освещения

Разряд зрительных работ	Наименьшее нормированное значение КЕО ,% при совмещенном освещении
	при верхнем или комбинированном освещении	при боковом освещении
I II III IV V и VII VI	3 2,5 2 1,5 1 0,7	1,2 1 0,7 0,5 0,3 0,2

Искусственное освещение. Искусственное освещение (общее и и комбинированное) подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и различными режимами работы, необходимо раздельное управление освещением таких зон.

Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности и эвакуационное.

При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения может использоваться для дежурного освещения.

3.5.

Содержание технологических заданий на проектирование других инженерных разделов

Слаботочные устройства: телефон городской и местный, диспетчерская и директорская связь, односторонние и двусторонние часы, пожарные извещатели и другие подобные средства связи. В задании на проектирование указывается, где (корпус, этаж, помещение) и сколько точек следует установить. Места установки слаботочных устройств указываются на технологических планах предприятия.

Механизация технологических процессов, погрузочно-разгрузочных работ и межцехового транспорта. Как правило, механизации подлежат следующие процессы:

1) разгрузка рулонной и листовой бумаги, картона, материалов, офсетных пластин, краски и др. с автотранспорта и доставка их в складские помещения;

2) погрузка готовой продукции из склада и кип спрессованных бумажных отходов из прессовой на автотранспорт;

3) перемещение грузов по вертикали;

4) перемещение грузов по этажам для доставки их в складские, производственные помещения и к печатным машинам;

5) подъемно-транспортные операции на технологических процессах и монтаже оборудования, в ремонтно-механическом цехе и т.д.

Годовая потребность в материалах, характеристика основных грузов и требования к механизации технологических процессов приводятся в таблице, содержащей следующие графы:

1) наименование материалов;

2) количество (в тоннах) в год и в сутки;

3) характер упаковки, тары, весовой фасовки;

4) условия производства, требования к механизации, транспортные связи.

В последней графе указываются режим работы, например, газетного агрегата, количество работающих секций по сменам, число рулонов, подаваемых к каждой печатной секции (из расчета один рулон каждые 10-15 мин); при необходимости акклиматизации бумаги приводится количество последней, формат листов, условия акклиматизации; способ доставки предварительно очувствленных офсетных пластин; межцеховые транспортные связи и характер полуфабриката.

Одновременно выдается задание на разработку пневмотранспорта обрезков от резальных машин; на технологических планах обозначаются места их установки. Расчет бумаги и картона, а также технических отходов производства дается в отдельной таблице.

Годовая потребность производства в бумаге и картоне, технические отходы в производстве. Сюда включаются следующие данные: вид бумаги и картона; годовой расход бумаги или картона в тоннах без отходов; отходы на подготовку к печати, на печать, съем срыва (1,2%), остатки на гильзах; отходы при разрезке рулонной бумаги (0,8%), отходы на брошюровочные процессы (0,5-0,7%); годовой расход бумаги с учетом отходов в тоннах; "лапша" (6%), амбалаж (2%); годовая потребность в бумаге, картоне с упаковкой (брутто); размеры и масса рулонов, листовой бумаги, картона.

Централизованное воздухоснабжение и вакуумснабжение. Задание включает:

1) наименование корпуса, помещения и потребителей сжатого или разреженного воздуха;

2) количество единиц оборудования;

3) назначение сжатого воздуха (обдув, подача к машине) или разреженного воздуха;

4) расход сжатого воздуха на единицу оборудования;

5) давление сжатого воздуха у потребителей;

6) степень разреженности воздуха;

7) общий расход сжатого воздуха или вакуума на все оборудование.

Задания составляются раздельно на сжатый воздух и вакуум.

Отопление. Системы отопления зданий должны обеспечивать равномерное нагревание воздуха помещений, гидравлическую и тепловую устойчивость, взрывопожарную безопасность и доступность для очистки и ремонта.

Систему теплоснабжения здания следует проектировать с автоматическим регулированием теплового потока при расчетном расходе теплоты 50 кВт и более.

Отопление производственных помещений следует проектировать для обеспечения расчетной температуры воздуха на постоянных рабочих местах и более низкой температуры (не ниже 10 С) - на непостоянных рабочих местах.

Граф G (X, A) Ориентированный граф G (X, A) Смешанный граф Петля при вершине ГТЛ технологической линии Пример сложной ГТЛ Пример неориентированного графа топологии Пример смешанного графа топологии Аналитическое описание имеет вид: Сравнение вариантов технологических процессов График зависимости Схема потока Пример сети Пример сети с заданным потоком Схема потоков Расчетная схема

4.

Математические методы проектирования

4.1.

Принципы моделирования и построения моделей

Моделирование является одним из методов проектирования процессов на основе теории систем. Общей методологии моделирования, несмотря на успехи в этой области, до настоящего времени нет. Модель - это упрощенное представление о реальном объекте, отражающее наиболее существенные качества и взаимосвязи. Работа над моделью достаточно сложна. Сначала, базируясь на данных о модельном объекте (технологическом процессе), разрабатывают исходную модель, которую затем начинают улучшать, чтобы она более точно описывала объект. При этом пользуются известным из теории систем методом аналогий и по моделям производят экспериментальные расчеты.

Различают две формы моделей: эмпирическую модель, разрабатываемую на основе экспериментального анализа, и аксиоматическую, когда расчет процесса выполняется исходя из естественнонаучных и технических закономерностей, построенных на ряде аксиом.

Модели различаются конечными результатами. Выходом проектно-конструкторского моделирования являются приборы и установки, а выходом функциональных моделей - схемы процессов, системы уравнений, информационные потоки и т.п.

Моделируемый процесс обычно записывается в форме определенных символов, поэтому о такой записи говорят как о формализованной модели.

Среди формализованных моделей различают логические, т.е. по-строенные по законам формальной логики (моделирование схем), и математические (правильнее экономико-математические) модели (например, модели размещения, транспортная задача).

Исходя из того, что цель моделирования заключается в оптимальной организации проектируемого технологического процесса, само моделирование следует выполнять в две стадии. На стадии технологического моделирования дается качественное описание наиболее существенных зависимостей, а на стадии математического моделирования эти зависимости оцениваются количественно.

При моделировании следует помнить о главной цели, которая должна быть достигнута в результате проектирования процесса. Это значит, что должна быть выбрана наиболее целесообразная технология производства и обеспечена наиболее целесообразная его организация, причем постоянно нужно учитывать влияние, которое они оказывают друг на друга.

Предпосылкой качественного моделирования является анализ моделируемого процесса - системный анализ в кибернетическом смысле. Его цель состоит в определении объективных характеристик процесса. При этом должны быть изучены связи производства с внешним миром, т.е., иначе говоря, выполнен макроанализ. Одновременно исследуются внутрипроизводственные связи - организация производства (его структура) и технологический процесс (функциональные связи). Это составляет предмет микроанализа. После проведения аналитических исследований начинают шаг за шагом формировать модель в такой последовательности: постановка задачи; выбор направления ее решения путем определения цели (критерия оптимальности) и ограничений, накладываемых на решение задачи; двухстадийная разработка модели; разработка алгоритма решения (последовательности расчетов); проведение расчетов по модели; проверка результатов моделирования на соответствие практическим данным; корректировка модели с целью ее уточнения.

В табл. 4.1 представлены некоторые стандартные математические модели, достоинствами которых являются: точная формулировка задачи; получение однозначного результата при заданных целях и критериях; получение фундаментальных знаний с помощью логических и математических выводов; нахождение оптимальных вариантов процесса; вариантная проработка решений при наличии различных влияющих факторов; доказательство оптимальности полученного решения и т.п.

Таблица 4.1

Стандартные математические модели

Характеристика модели
		Обозначение модели		Аналитические методы решения
Детерминированная	Модель планирования производства		Матричные расчеты
	Оптимизационные модели: линейные нелинейные		Симплексный метод, модифицированный дистрибутивный метод, метод приближений Фогеля, метод градиентов
	Модели размещения		Венгерский метод
	Сетевые модели		Метод критического пути, метод потенциалов
	Модели теории расписаний		Комбинированные методы
	Модели управления запасами		Дифференциальное исчисление, динамическая оптимизация
	Компенсационные модели		Дифференциальное исчисление
	Модели принятия решений		Динамическая оптимизация
Стохастическая	Оптимизационные модели		Вероятностные методы
	Модели массового обслуживания		Вероятностные методы
	Сетевые модели		Оптимизация сети
	Модели управления запасами		Вероятностные методы, медоты математической статистики
	Компенсационные модели		Вероятностные методы, медоты математической статистики
	Конфликтные модели		Теория игр

4.2.

Причины ошибок при моделировании и требования к исходной информации

Поскольку модель - это упрощенное представление о реальном объекте, при переносе информации, полученной при моделировании, на реальный объект могут возникать характерные ошибки, в числе которых отметим следующие:

1) пренебрежение существенными зависимостями. Например, в транспортной задаче нельзя выбирать длину маршрута в качестве критерия оптимальности, если для перевозок используются различные виды транспорта;

2) неточное или неверное представление функциональных зависимостей. Если, например, продукции первого вида должно быть изготовлено вдвое больше, чем продукции второго вида, то правильно записанная математическая формулировка имеет вид = 2 где - количество продукции первого вида, а - количество продукции второго вида;

3) использование недостоверной информации. К ней относятся: неточная исходная информация, ошибки передачи информации, счетные ошибки при промежуточных вычислениях и т.п.

Поэтому к исходной информации предъявляется ряд требований: все факторы, влияющие на конечный результат, должны быть определены точно, желательно путем измерений (несущественные факторы могут быть впоследствии исключены, например, при корреляционном анализе); информационную основу проектирования составляют средние величины, которые должны быть определены исходя из большого числа единичных измерений, выполненных при одинаковых условиях и отобранных случайным образом; сбор и предварительная обработка информации, особенно исходной, - первоочередная задача управления, ибо на основе информации о существующем процессе проектируется новый процесс.

Из этого следует, что исходная информация не должна содержать систематические ошибки (с позиций теории ошибок), не должна нести никакие общие оценки, не должна быть идеализированной. Модель, построенная на такой информационной основе, будет настолько верной, насколько верна использованная в ней исходная информация.

Следовательно, те данные, которые нужны для модели, необходимо проверить. Для этого имеются различные методы математической статистики, с помощью которых могут быть получены ответы на такие, например, вопросы:

Какому распределению подчиняются статистические данные?

Каким образом можно проверить гипотезу о распределении генеральной совокупности по имеющейся информации?

Какова вероятность того, что истинное, но неизвестное значение исследуемого показателя генеральной совокупности находится в интервале значений, найденном по выборке из совокупности?

Какой должна быть выборка из генеральной совокупности при заданном уровне вероятности?

Какой должна быть по величине минимальная выборка из генеральной совокупности, чтобы при заданной статистической доверительности она представляла собой наименьшую долю от объема генеральной совокупности?

Каким образом можно учесть ошибки статистических данных?

Не следует ли исключить отдельные измерения из общего их числа как резко отличающиеся?

На данные вопросы ответы должны быть получены заранее. Из статистических методов для этих целей подходят параметрические методы оценки; непараметрические (независимые от вида распределения) методы оценки; доверительные оценки; определение допустимых границ; исключение резко выделяющихся измерений.

Перечисленные методы описаны в соответствующей литературе по математической статистике и здесь подробно не рассматриваются. Однако они необходимы для правильного отражения действительности моделью.

Погрешностями моделирования, сбора и обработки исходной информации определяется достоверность получаемых в результате расчетов по модели решений. При оценке моделей следует учитывать такие обстоятельства: каждая модель содержит упрощения, которые нужно оценивать; результат вычислений по модели есть формальный вывод из логических построений. Перенос его на реальный процесс зависит от степени согласованности, изоморфности моделей и реального процесса; детерминированные модели (альтернатива - стохастические модели) исходят из достоверных данных, что не всегда требуется для реального проекта, но для моделирования гораздо проще использовать достоверные (в вероятностном смысле) данные; в статических моделях (альтернатива - динамические модели) не учитывается протекание процесса во времени.

4.3.

Модели полиграфических систем

Для описания полиграфических систем используются следующие модели:

графические;

матричные (табличные);

аналитические.

Рассмотрим эти виды моделей.

4.3.1.

Графические модели

Графическими моделями являются графы.

Граф G (X, A) состоит из двух множеств: конечного множества элементов, называемых вершинами X = { , ,…, }, и конечного множества элементов, называемых ребрами А = { , ,…, }.

Каждое ребро определяется парой вершин. Граф может быть в виде диаграммы, в которой вершина изображена точкой (или кружком), а ребро - отрезком, соединяющим концевые вершины. Если ребра из множества А не имеют ориентации, то граф G (X, A) называется неориентированным (рис. 4.1). Если ребра графа определяются упорядоченными парами вершин, то они называются дугами, а граф G - ориентированным (рис. 4.2).

Рис. 4.1 Граф G (X, A)

Рис.4.2 Ориентированный граф G (X, A)

Дуга обозначается упорядоченной парой, состоящей из начальной и концевой вершин (т.е. двумя концевыми вершинами дуги), ее направление предполагается заданным от первой вершины ко второй. Так, например, на рис. 4.2 обозначение ( , ) относится к дуге , а ( , ) - к дуге и т.д.

Иногда ориентированному графу дается другое определение, которое состоит в заданном множестве вершин Х, и задается соответствие Г, которое показывает способ отображения множества Х в Г.

Пусть дано множество Х, состоящее из элементов, названных вершинами графа, и закон Г, позволяющий установить соответствие между каждым элементом х множества Х и некоторыми из его подмножеств. Тогда граф G (X, A) полностью определяется множеством Х и соответствием Г.

Для графа на рис. 4.2 имеем множество вершин X = { , , , }.

Соответствия:

Г( ) = { };

Г( ) = { };

Г( ) = { };

Г( ) = { }.

В случае записи a( , ) говорят, что ребро а инцидентно вершинам , и вершины , инцидентны ребру а.

Две вершины , графа называют смежными, если они различны и существует дуга из в . Вершина, не инцидентная никакому ребру графа, называется изолированной. Если граф состоит из изолированных вершин, его называют ноль-графом.

Путем (ориентированным маршрутом) ориентированного графа называется последовательность дуг, в которой конечная вершина всякой дуги, отличной от последней, является начальной вершиной следующей. Дуги ( , ) при , имеющие общие концевые вершины, называются смежными.

Ориентированной цепью (орцепью) называется такой путь, в котором каждая дуга используется не больше одного раза. Простой цепью называется такой путь, в котором каждая вершина используется не больше одного раза.

Маршрут есть неориентированный двойник пути.

Иногда дугам графа G (X, A) сопоставляются числа: дуге ( , ) ставится некоторое число , называемое весом, длиной или стоимостью (ценой) дуги. Тогда граф G (X, A) называется графом со взвешенными дугами. Если веса приписываются вершинам , то полученный граф называется графом со взвешенными вершинами.

Длиной (или мощностью) пути называется число дуг, входящих в него .

Смешанным называют граф, имеющий как ориентированные, так и неориентированные ребра (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Смешанный граф

Для каждого графа G(X) существует обратный граф, полученный изменением ориентации каждого из ребер графа G(X) на противоположную.

Для каждого ориентированного графа G(X) существует соотнесенный неориентированный граф (X), ребрами которого являются ребра графа G(X), но уже без ориентации. Иногда превращают неориентированный граф G(X) в ориентированный граф (X) при помощи процесса удвоения, состоящего в замене каждого ребра G(X) парой ребер с теми же концами и приписывании им противоположных направлений.

Петлей называют ребро g( , ), у которого начальная и конечная вершины совпадают (рис. 4.4). Петля обычно считается неориентированной.

Рис. 4.4. Петля при вершине

Граф технологической линии (ГТЛ) - это граф, у которого вершинами являются блоки технологической линии, а дугами - только интегрированные связи.

Для полиграфических систем в качестве графических моделей, которые фактически являются начальными моделями топологий систем, используются как ориентированные, так и неориентированные графы.

Рассмотрим пример ГТЛ для топологии технологической линии, приведенной на рис. 4.5. Если принять, что множество вершин B = { - листоподборочная машина; - машина бесшвейного скрепления; - охлаждающее устройство; - трехножевая резальная машина; - приемно-комплектующее устройство}, а множество пар вершин: D = { = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); =( ; ); = ( ; ); = ( ; )}, которые являются упорядоченными, так как ( ; ) ( ; ), то в результате получаем ориентированный граф (рис. 4.5).

Рис. 4.5. ГТЛ технологической линии

На рис. 4.6 приведен пример сложной ГТЛ, которая имеет в топологии три входных блока и пять выходных.

Рис. 4.6. Пример сложной ГТЛ

Если в топологии системы все пары блоков, которые объединены между собой, не упорядочены(например, объединение в компьютерно-издательской системе компьютер-модем, модем-компьютер и т.д.), то такая топология задается неориентированным графом (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Пример неориентированного графа топологии

Топология системы может иметь некоторое множество элементов, между которыми установлены верные отношения.

Пусть, например, для задания топологии компьютерно-издательской системы (КИС) указано такое множество вершин: B = { - 1-й компьютер; - 2-й компьютер; - сканер; - модем; - лазерный принтер} и такое множество пар вершин: D = { = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); = ( ; ); = ( ; )}, для которого ( ; ) = ( ; ), ( ; ) = ( ; ), ( ; ) = ( ; ), но ( ; ) ( ; ) и ( ; ) ( ; ).

Эта топология будет описываться смешанным графом, который приведен на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Пример смешанного графа топологии

Основным преимуществом графического способа задания топологии систем, с одной стороны, является высокая научность непосредственного отображения структуры связей между элементами системы, а с другой - достаточно разработанные в теории графов методы их обработки.

Однако графический способ имеет недостатки. Во-первых, это трудности автоматической обработки графов в компьютерах, которые связаны с предыдущим распознаванием графических образцов, и потребность в больших объемах памяти для сохранения графов. Во-вторых, это трудности отображения топологии систем с большим количеством (до 30) элементов. В-третьих, одна и та же топологическая система может быть задана большим количеством эквивалентных графов с разными графическими изображениями.

Графический способ задания, как правило, используется для первичного описания топологии с небольшим количеством элементов перед введением топологии систем в компьютеры, а также для проверки разработанных методов обработки при других способах задания.

4.3.2.

Матричные модели

К матричным моделям относятся: матрицы (суммарности, инциденции, цикломатические), n-мерные таблицы (массивы), n-мерные кубы.

Матрица суммарности А, которая объединяет топологию системы, имеет вид

A - , где

Если = 1, то это означает, что элементы i и j топологии объединены между собой, а если = 0, то ни одной связи между элементами нет.

Матрицами можно задавать топологии, которые описываются как ориентированными, так и неориентированными графами. Для систем, топология которых задается ориентированным графом, различают два типа матриц суммарности: матрицы суммарности объединения с входами и матрицы суммарности объединения с выходами.

В матрице суммарности объединения с входами - строки - обозначены элементами системы, входы которых объединены с выходами элементов, которыми обозначены столбцы матрицы. Если в ней = 1, то это значит, что вход i-го элемента системы объединен с выходом j-го элемента.

Так, например, для топологии на рис. 4.5 матрица суммарности объединения с входами и выходами будет такой:

-

а матрица суммарности объединения с входами

-

Можно заметить, что = .

Для задания топологии систем, которые описываются неориентированным графом, используют только одну матрицу суммарности А, которая является объединением матриц и :

А = .

Для топологии на рис. 4.7 матрица суммарности А

А -

Для задания топологии систем иногда используют матрицы инциденции. Если топология задается ориентированным графом G = (B; E), где B = { , , …, }, D = { , , …, }, то матрица инциденции для дуг S имеет такой вид:

S - , где -

Так, например, для топологии на рис. 4.6 матрица инциденции для дуг S

S -

Если топология задается неориентированным графом G = (B; E), где B = { , , …, }, D = { , , …, }, то матрица инциденции для ребер R

R - , где

Для топологии на рис. 4.7 матрица инциденции

_1

Преимущество использования матриц суммарности состоит в удобстве представления, обработки и сохранения в компьютерах топологии с достаточным количеством элементов. Такие матрицы в компьютерах записываются как масштабы или списки связей, которые, очевидно, являются для них наиболее естественным представлением. Считая, что элементы матриц суммарности принимают только два значения, удобно использовать менее трудоемкие операции алгебры логики и другие специальные операции для анализа топологии систем.

Единственным, но серьезным недостатком матричного способа является невысокая точность. Поэтому для выведения результатов анализа топологии систем в ответственных программах оператору необходимо предвидеть преобразование матриц в графы.

4.3.3.

Аналитические модели

К аналитическим моделям топологии систем можно отнести логические схемы алгоритмов (ЛСА). ЛСА были разработаны для компактного описания процесса функционирования цифровых устройств в виде формул, которые могут состоять из двух объектов - операторов и логических условий. Операторы, как правило, обозначаются прописными латинскими буквами с индексами и без них, а логические условия - строчными латинскими буквами (с индексами или без них) и пронумерованными стрелками, которые располагаются справа от логических условий. Эти стрелки называют альтернативными маршрутами переходов для разных значений логических условий.

ЛСА формируется как некоторая система последовательностей записей из этих объектов, в каждом из которых исполнения операторов проводятся последовательно слева.

Если операторам ЛСА поставить в соответствие элементы топологии системы, можно получить ее аналитическое описание. Так, например, для топологии на рис. 4.7 аналитическое описание имеет такой вид:

В этом выражении логические условия - выполняют функции коммуникации объединения между блоками системы, когда некоторый блок объединен с несколькими блоками.

В целом, очевидно, что основное преимущество аналитического способа - компактность записей топологии системы в виде системы формул. В связи с этим его иногда удобно использовать в теоретических исследованиях. Серьезным недостатком является трудность выведения, обработки и сохранения в компьютерах топологии систем. Кроме того, возникают дополнительные проблемы при задании аналитическим способом топологии систем, которые описываются неориентированными графами.

Таким образом, для задания топологии систем целенаправленно используют одновременно два способа - графический для построения интерфейса пользователя с целью упрощения процессов создания, введения, корректировки топологии систем и выведения синтезированной топологии и матричный для проведения анализа, измерения, сохранения топологии в компьютере. Аналитический способ нецелесообразно использовать, так как он объединяет недостатки графического и матричного.

4.4.

Методы поиска оптимальных проектных решений

4.4.1.

Методы сравнения

Ниже описываются два метода принятия решений: метод регрессий для сравнения вариантов и метод экспертного опроса на основе парных сравнений. Оба метода позволяют выбрать лучший вариант из имеющихся, но не гарантируют его оптимальности. Сравнение вариантов по методу регрессий основывается на использовании количественной информации в виде статистических или нормативных данных. При экспертном опросе по способу парных сравнений принимаются качественные оценки, которые по специальной процедуре переводятся в количественную форму и тогда могут сравниваться между собой.

Сравнение вариантов методом регрессий. Метод регрессий - это такой математический метод, с помощью которого определяется зависимость между входными и выходными параметрами технологического процесса. Математический аппарат метода описан в учебной литературе по теории вероятности и математической статистике. Здесь рассматривается только методика расчетов. В принципе следует различать линейную и нелинейную регрессию. Процедура расчетов по линейной регрессии складывается из следующих стадий:

1) расчет частных и общих коэффициентов корреляции между результативными и факторными признаками;

2) проверка коэффициентов корреляции на существенность. Проверяется зависимость результативного признака от факторных при заданном уровне значимости. Если не наблюдается существенной связи между одним или несколькими факторными признаками и результативным, то эти факторные признаки из дальнейшего рассмотрения исключаются;

3) расчет регрессионного уравнения (или уравнений) и технологическая интерпретация полученных результатов. Если рассматриваются несколько уравнений с различным составом переменных, то из них выбирается уравнение с наименьшим стандартным отклонением (в случае нелинейной регрессии - с максимальным корреляционным отношением);

4) выбор формы регрессионного уравнения, если не может быть использована известная модель. В тех случаях, когда форма связи между результативным и факторными признаками заранее не известна, задаются разные наборы переменных, входящих в уравнение регрессии;

5) проверка адекватности модели и существенности отличия от нуля коэффициентов регрессии;

6) расчет доверительных интервалов для уравнения регрессии.

При нелинейной регрессии расчеты начинаются со стадии 3. После стадии 4 на основе полученных регрессионных зависимостей и их интерпретации устанавливаются мера их определенности и корреляционные отношения, которые поверяются на существенность аналогично стадии 2. Далее следуют стадии 5 и 6.

Посредством регрессионных расчетов, как уже отмечалось, можно сравнивать варианты, т.е. сравнивать по меньшей мере две технологии, две марки оборудования и т.п., по критериям себестоимости, прибыли или затрат времени и др. в зависимости от тиража издания или общего количества подлежащих выпуску книг. Таким же образом можно было бы сравнивать машины по производительности в зависимости от скорости работы, величины простоев, форматов печатаемой продукции, плотности бумаги и пр.

Метод сравнения в общем случае используется для сопоставления по себестоимости в зависимости от тиража двух печатных процессов. Чтобы провести сравнение, нужно сначала для каждой технологии средствами технологической статистики найти регрессионное уравнение. Возьмем линейную зависимость между полной себестоимостью y и величиной тиража x. Для первой технологии имеем = + x, для второй - = + x. Пусть в найденных регрессионных зависимостях > . Приравняв к , найдем точку пересечения прямых и . Так как > , то первая технология эффективнее; при > следует использовать вторую технологию. Однако информационная ценность точки пересечения относительно невелика, потому что регрессионные уравнения строятся на основе статистических данных, которые представляют собой случайные величины. Важнее доверительные интервалы обеих линейных регрессий. Они описываются косоугольными гиперболами:

(4.1)

Любая линия регрессии имеет верхнюю и нижнюю границы доверительного интервала, причем - нижняя граница доверительного интервала для y1; - то же для ; - верхняя граница доверительного интервала для ; - то же для .

Можно рассчитать границы интервалов, в которых обе технологии со статистических позиций будут равноценны. На рис. 4.9 границы этой области обозначены пересечением кривых и (максимальный интервал) и и (минимальный интервал). Если обозначить в обоих случаях нижнюю границу интервала через u и верхнюю границу через t, то находится в области u< <t, где обе технологии статистически равноценны. Отсюда же следует, что при x>u эффективнее первая технология, при x<t - вторая.

Рис.4.9. Сравнение вариантов технологических процессов

Пример. В результате реализации опроса экспертов были определены значения параметра оптимизации yi в зависимости от изменения фактора :

	1	2	3	4	5	6
	15	10	4	0	-6	-10

Построение графической зависимости (рис. 4.10)

Рис. 4.10. График зависимости y = +

позволило предположить, что взаимосвязь параметра оптимизации и фактора можно описать линейным уравнением типа

y = + . (4.2)

Из условия метода наименьших квадратов (МНК) коэффициенты линейной функции (4.2) надо подобрать таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений вычисленных значений = + от наблюдаемых значений y была наименьшей.

Введя функцию (4.2) в условие МНК, получим

(4.3)

где - фиктивная переменная, равная +1.

Сумма (4.3) будет стремиться к минимальному значению при таких и , при которых обращаются в нуль частные производные по каждой неизвестной, т.е. когда

(4.4)

Найдем частные производные (4.4):

, (4.5)

. (4.6)

Приравняв выражения, стоящие под знаком суммы, нулю и раскрыв скобки, получим систему двух линейных уравнений:

(4.7)

из которых можно определить значения и .

Для упрощения расчетов составим таблицу.

№ опыта
1	1	15	1	15
2	2	10	4	20
3	3	4	9	12
4	4	0	16	0
5	5	-6	25	-30
6	6	-10	36	-60
	21	13	91	-43

Подставив значения сумм из таблицы в систему уравнений (4.7), рассчитаем коэффициенты:

= 19,88; = -5,06.

Искомая зависимость

y = 19,88 - 5,06 .

Экспертный опрос на основе метода парных сравнений. Зачастую нет возможности провести сравнение, пользуясь статистическими данными, так как нет количественной информации, а известны только качественные результаты или факторные признаки. Иногда можно чисто субъективно сказать, что метод А лучше метода В. Чтобы, несмотря на это, в определенных ситуациях или для определенных объектов принять соответствующее решение, прибегают к опыту экспертов, среди которых проводят опрос. При этом личные контакты предпочтительнее, чем письменное анкетирование. Чтобы исключить односторонность высказываний, приглашают экспертов, которые рассматривают поставленную задачу с различных точек зрения.

Посредством соответствующих математических методов полученную информацию можно перевести в количественную форму. Существенным в этом методе является обеспечение независимости суждений экспертов. Особенно важны методы экспертного опроса на стадии подготовки технологического решения. К их числу относится метод парных сравнений. Например, для сравнения предлагаются четыре различных варианта изготовления некоторого ассортимента продукции с позиций их эффективности, которая принята в качестве критерия оптимальности.

К продукции предъявляются определенные требования с точки зрения качества и эстетики. Перед коллективом экспертов ставится задача выбора способа изготовления, отвечающего предъявляемым требованиям. Чтобы проблема была рассмотрена всесторонне, необходимо привлечь в качестве экспертов сотрудников издательств и типографий, оформителей книг и книгораспространителей, а также специалистов смежных профессий.

Пусть в экспертизе по методу парных сравнений участвуют m экспертов, оценивающих n объектов (в нашем случае четыре варианта технологии) по некоторому параметру (в нашем случае критерий оптимальности - эффективность при соблюдении качественных и эстетических требований).

Таблица 4.2

Матрица парных сравнений

	i	1	2	...	k	...	n
j
1		-
2			-
...
j
...
n							-

Каждый эксперт, заполняющий матрицу (табл. 4.2), должен проставить на пересечении строки и столбца для двух сравниваемых факторов оценку a, k. В зависимости от того, является ли фактор j предпочтительным по отношению к фактору k, эта оценка равна 1 или 0 соответственно. В главной диагонали такой матрицы проставляются прочерки или нули. Каждая пара факторов может сравниваться единожды или дважды (например, сначала , а затем в матрице табл. 4.2). В том случае, когда факторы сравниваются попарно дважды (полное парное сравнение), общее число сравнений будет n(n - 1), при однократном сравнении

где n - общее число факторов.

Полученные данные из таблиц экспертного опроса записываются в виде матриц

М = ; j, k = 1, 2, …, n.

Для установления суммарных рангов сравнения составляют матрицу ранжирования (матрица Р) (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Матрица предпочтений для ранжирования

Варианты	1	2	...	k	...	n	Сумма
1	-
2		-
...
j
...
n						-
Сумма
Ранг

Элементы (k, j = 1, 2, …, n) матрицы P образуются суммированием:

=

причем - элемент i-й матрицы M. Отсюда + = m при j k. Элемент показывает, как часто объект j предпочитался объекту k в отношении некоторого их свойства экспертами. Из сумм строк (столбцов) матрицы P получается последовательность, ранжированная по величине суммы по строке (столбцу), при этом значение, равное единице, присваивается лучшему рангу. Согласованность мнений экспертов оценивается формулой

V = ,

где

Q =

при i<j или i>j.

Выражения i<j, i>j означают, что суммируются только те элементы, которые находятся выше (ниже) главной диагонали. О статистической доверительности коэффициента согласованности можно судить, проведя проверку соответствующей гипотезы, процедура которой освещается в математической литературе.

Пример. Решили выяснить мнение специалистов о предпочтительном применении способа печати при изготовлении продукции методом априорного ранжирования.

Опрос проводили среди специалистов, которым предлагалось путем парных сравнений отдать предпочтение какому-либо способу печати при изготовлении этикеточной продукции.

Для печати предлагались офсетный, глубокий, флексографский и трафаретный способы. Оказалось, что каждый специалист имеет свою точку зрения, какой из способов является предпочтительным.

Каждый эксперт должен заполнить табл. 4.2, в которой оцениваются n объектов (в нашем случае четыре варианта технологий печати оценивают четыре эксперта). По результатам опроса составляется матрица:

,

где j, k = 1, 2, 3, 4 (n) - количество вариантов технологий, i = 4 - количество экспертов ( ).

Элемент = 1 и = 0, если объект j лучше объекта k. Из этого следует, что всегда + = 1, а в главной диагонали матрицы стоят прочерки.

Из полученных матриц составляется матрица Р парных сравнений. Элементы матрицы Р образуются суммированием.

Факторы	1	2	3	4	Сумма
1	-	2	1	0	3
2	2	-	0	0	2
3	2	4	-	0	6
4	0	2	-	-	2
Сумма	4	8	1	0
Ранг	2	4	1	3

Определяем коэффициент согласованности экспертов:

где

Определяем согласованность мнений экспертов:

Q = + 8 + + - 4(4 + 8 + 1+0) - 6*6 = 29.

Получаем

.

Таким образом, три эксперта высказались за третий вариант технологического процесса. Он в большей степени, по их мнению, отвечает предъявляемым требованиям, чем другие три варианта, причем согласованность мнений экспертов достигла 81%.

Экспертный опрос на основе ранговой корреляции. Каждому из m экспертов, участвующих в опросе, присваивают ранговое число. При этом наиболее предпочтительный параметр получает ранг 1, следующий - в порядке убывания предпочтения - ранг 2 и т.д. В рассматриваемом случае в роли объектов выступают критерии оптимальности технологических процессов.

Обозначим через ранговое число, которое i-й эксперт присвоил j-му объекту, причем i = 1, 2, …, m и j = 1, 2, …, n. Тогда результаты экспертного опроса можно представить в виде матрицы (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Матрица результатов опроса

Эксперты	Объекты
	1	2	3	...	n
1				...
2				....
3				...
...	...	...	...	...	...
m				...

Число рангов k может не совпадать с числом объектов n. В этом случае эксперт присваивает разным объектам один и тот же ранг.

В качестве примера приводится матрица, составленная по данным оценки 12 объектов десятью экспертами с помощью пяти ранговых чисел (см. таблицу).

Эксперты (m)	Объекты (n)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	1	2	2	2	4	3	3	3	4	4	5	4
2	2	1	2	2	3	3	3	4	4	4	5	3
3	1	1	2	3	4	4	4	3	3	4	4	5
4	1	2	2	3	3	3	3	3	4	4	4	4
5	1	1	1	2	2	2	3	3	4	4	5	5
6	1	2	2	2	3	4	4	4	3	4	5	3
7	2	1	2	3	4	3	3	4	4	4	5	5
8	1	1	4	2	2	3	3	3	3	4	4	5
9	1	1	1	5	4	3	3	4	4	4	5	3
10	2	2	2	2	3	4	4	3	3	5	4	3

Очевидно, что если k = n, сумма рангов, присвоенных каждым экспертом n объектам, будет равна сумме чисел натурального ряда:

Чтобы это соотношение выполнялось при k<n и обеспечивалась возможность применения метода ранговой корреляции, объектам присваивают так называемые нормированные ранги. Значение нормированного ранга представляет собой среднее арифметическое суммы мест, которые занимают объекты с одинаковыми рангами.

Процедуру нормирования проследим на примере эксперта № 5. В пятой строке матрицы ранг 1 повторяется три раза, он присвоен первому, второму и третьему объектам, которые делят между собой 1-3-е места. Следовательно, нормированный ранг этих объектов, представляющих собой среднее арифметическое их мест, равен . Ранговое число 2, повторяющееся трижды, присвоено четвертому, пятому и шестому объектам, которые занимают 4-6-е места. Их нормированный ранг: . Ранг 3 присвоен седьмому и восьмому объектам, которые получают нормированный ранг 7,5. Подобным же образом определяются нормированные ранги и для остальных объектов.

В результате нормированная матрица приобретает следующий вид (см. таблицу).

Эксперты (m)	Объекты (n)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	1	3	3	3	3	9	7	7	7	9	11	9	108
2	2,7	2	2,7	2,7	6	6	6	9	9	9	11,5	11,5	78
3	1,5	1,5	3	7	7,8	7,8	7,8	7	7	7,8	7,8	12	150
4	1	2,5	2,5	6	6	6	6	6	10,5	10,5	10,5	10,5	186
5	2	2	2	5	5	5	7,5	7,5	9,5	9,5	11,5	11,5	66
6	1	3	3	3	7	7,8	7,8	7,8	7	7,8	11,5	11,5	96
7	2	2	2	5,7	8	5,7	5,7	8	8	8	11,5	11,5	114
8	1,5	1,5	8	4,5	4,5	7,5	7,5	7,5	7,5	8	8	12	96
9	2	2	2	9	8	6,5	6,5	8	8	8	9	9	114
10	2,5	2,5	2,5	2,5	7,3	8	8	7,3	7,3	11	8	11	114
	17,2	22	35,7	48,4	68,6	67,3	69,8	75,1	82,8	97,8	100,3	109,5	1122

В эту матрицу введем столбец . Величины рассчитываются по формуле

,

где - количество повторений j-го рангового числа в i-й строке.

Для рассматриваемого примера с экспертом № 5 (i = 5):

= ( - 3) + ( - 3) + ( - 2) + ( - 2) + ( - 2) = 66.

Суммируя нормированные ранговые числа для каждого объекта и сравнивая их между собой, определяют ранжированную последовательность объектов, в отношении которых проводился экспертный опрос. Первое место и наибольшее предпочтение должны быть отданы первому объекту, второе место - второму, третье место - третьему, четвертое место - четвертому, пятое место - шестому, шестое место - пятому и т.д.

Степень согласованности мнений экспертов оценивается с помощью коэффициента конкордации Кендалла, который рассчитывается по формуле

, где

Коэффициент Кендалла может изменяться от 0 до 1, и чем ближе его значение к единице, тем выше согласованность мнений экспертов относительно оцениваемых объектов.

В нашем примере b = 11220, S =9474,21, тогда

4.4.2.

Методы линейной оптимизации

Оптимизационные методы - методы принятия решений человеком. Они включают в себя среди прочего дифференциальное вычисление, линейное программирование, нелинейное программирование в виде квадратической или гиперболической оптимизации и динамическое программирование. В дальнейшем мы рассматриваем методы линейного программирования. Они позволяют находить максимум или минимум некоторой линейной функции при наличии ограничивающих условий (ограничений), в то время как дифференциальное исчисление может быть приложено при поиске экстремумов к нелинейным функциям.

Задача линейного программирования состоит в том, чтобы найти решение системы линейных уравнений и неравенств, которое максимизирует или минимизирует целевую функцию. Методы линейного программирования (ЛП) используются для решения задач оптимального управления в различных военных, экономических, промышленных и организационных областях. Широкое применение ЛП получило благодаря доступности математического обеспечения, простой реализации решения на ЭВМ и возможности анализа решения задач ЛП при вариации исходных данных.

Методы линейного программирования могут быть использованы при проектировании, особенно для улучшения предварительных решений. Как известно, при проектировании определяется, например, число машин, необходимых для выполнения заданной производственной программы, т.е. для выпуска заданного ассортимента продукции при заданных же нормативах на производственные операции. Из этого выводится производственная мощность предприятия, которая обеспечивает выполнение производственной программы. С другой стороны, каждая машина обладает собственной производственной мощностью. Разделив производственную мощность, необходимую для выполнения производственной программы, на производственную мощность одной машины, получают необходимое число машин. В общем случае результат деления - не целое число и поэтому округляется. Это так называемый перспективный расчет при проектировании.

Путем линейного программирования выполняется корректирующий расчет, на основании которого вносят изменения в заданную производственную программу, с тем чтобы обеспечить заранее выбранный критерий оптимальности.

Задача о наилучшем использовании ресурсов. Пусть некоторая производственная единица (завод, цех и т.п.) выпускает п различных видов продукции (товаров), известных под номерами, обозначаемыми индексом . Предприятие при изготовлении этих видов продукции должно ограничиваться имеющимися видами ресурсов, технологий, других производственных факторов (сырья, полуфабрикатов, рабочей силы, электроэнергии и т.д.). Все ограничивающие факторы называют ингредиентами. Примем их число равным m. Припишем им индекс . Их количества равны соответственно ,…, ,…, условным единицам. Таким образом, - вектор ресурсов. Известна экономическая выгода (мера полезности) производства продукции каждого вида. Примем в качестве такой меры цену реализации , т.е. - вектор цен. Известны также технологические коэффициенты , которые указывают, сколько единиц i-го ресурса требуется для производства единицы продукции j-го вида. Матрицу коэффициентов называют технологической. Обозначим через план производства, показывающий, какие виды изданий и в каких количествах нужно выпустить, чтобы обеспечить предприятию максимум реализации при имеющихся ресурсах.

Так как - цена реализации j-й продукции, то цена реализованных единиц будет равна , а общий объем реализации

Это выражение - целевая функция, которую надо максимизировать.

Так как - расход i-го ресурса на производство единиц j-й продукции, то, просуммировав расход i-го ресурса на выпуск всех n видов изданий, получим общий расход этого ресурса, который не должен превышать b (i = ) единиц:

Чтобы искомый план был реален, объемы выпуска продукции должны быть неотрицательными: .

Таким образом, модель задачи о наилучшем использовании ресурсов примет вид: найти при х , .

Математическая модель задачи ЛП. Основную математическую модель задачи ЛП можно записать в следующем виде: найти такие значения переменных которые максимизируют (минимизируют) значение целевой функции

при ограничениях типа

При этом - постоянные коэффициенты.

Поскольку методы линейного программирования достаточно подробно изложены в учебной литературе, а вычислительные алгоритмы входят в состав математического обеспечения ЭВМ, в дальнейшем рассматриваются лишь два примера.

Пример 1. Производственная программа предприятия включает в себя три вида изделий: , и , которые должны быть изготовлены в количествах, ограниченных сверху и снизу определенными уровнями:

2 15;

6 20;

1 8.

Технологический процесс разбивается на семь операций. В таблице приведены необходимые данные.

Номер операции	Затраты на производство одного изделия			Наличие мощности (ресурсы) по каждой операции
1	1	2	-	30
2	2	1	1	45
3	1	-	1	20
4	-	3	2	50
5	2	-	3	50
6	-	-	6	50
7	3	1	-	45

Предполагается, что имеющиеся ресурсы (например, время) по операциям 5-7 должны быть использованы в максимальной степени. Критерий оптимальности и, следовательно, целевая функция - максимальное использование ресурсов на последних трех операциях.

С этой целью затраты на обработку изделий по этим трем операциям складываются. В качестве ограничений в математическую модель вводятся семь рабочих операций и потребность в изделиях. Обозначим количества изделий вида - , - , - . Модель, таким образом, имеет следующий вид:

целевая функция

Z = 5 + 1 + 9 > max;

ограничения

1 + 2 30

2 + 1 + 45

1 + 20

3 + 50

2 + 50

50

3 + 1 45

2

6

1

15

20

8

Условия неотрицательности , , 0.

Результаты вычислений по модели:

= 12, = 9, = 8, z = 141.

Таким образом, максимальное использование производственной мощности на 5-7-й операциях достигается в размере 141 единицы времени при изготовлении 12 единиц продукции , 9 единиц продукции , 8 единиц продукции ; наличные мощности по операциям 1, 3 и 7 используются полностью; на 2, 3, 5 и 6-й операциях остаются свободные мощности в размере соответственно 4, 7, 2 и 2 единиц времени; заданный нижний уровень производства обеспечен по всем трем видам продукции; в максимальном количестве выпускается только продукция третьего вида; по первому виду можно изготовить три, а по второму виду продукции - еще 11 единиц.

Итак, мы использовали полную мощность лишь на отдельных операциях.

Методы линейного программирования могут быть использованы для оптимизации производственной программы при наличии различных технологических возможностей, если применять принцип модульного математического обеспечения.

Пример 2. На одном предприятии три вида продукции можно выпускать двумя технологическими способами. Потребность в продукции каждого вида составит соответственно 200, 100, 250 единиц. Необходимые исходные данные представлены в таблице.

Технологические участки1	Затраты времени (час на ед. продукции)						Фонд времени, ч
	1-й вид		2-й вид		3-й вид
	1-й способ	2-й способ	1-й способ	2-й способ	1-й способ	2-й способ	1-й способ	2-й способ
1	0,4	0,8	0,4	-	0,4	0,2	150	150
2	0,4	-	0,6	0,4	0,2	1,2	84	316
3	0,4	0,6	0,8	2,0	1,4	0,8	160	440
Себестоимость (ден. ед./ед. продукции)	20	24	25	20	30	23

Себестоимость выпуска продукции должна быть минимальной. Эта целевая функция следует непосредственно из принципа экономии. Обозначим через , и продукцию первого, второго и третьего видов, изготовленную по первой технологии, а через , и - ту же продукцию, но изготовленную по второй технологии. В этом случае математическая модель имеет вид:

целевая функция

Z = 20 + 24 + 25 + 20 + 30 + 23 > min;

ограничения

0,4 +0,4 +0,4 150

0,8 +0,2 150

0,4 +0,6 +0,2 84

0,4 +1,2 316

0,4 +0,8 +1,4 160

0,6 +0,8 440

= 200

+2,0 = 100

+ + = 250

Условия неотрицательности

, … , 0.

Результаты вычислений по модели:

= 200; = 0;

= 0; = 100;

= 20; = 230.

Минимальная себестоимость составляет 11 890 денежных единиц, если по первой технологии будет выпущено 200 единиц продукции первого вида, 20 единиц продукции третьего вида, а по второй технологии - 100 единиц продукции второго вида и 230 единиц продукции третьего вида. На технологическом участке № 2 мощности как по первой, так и по второй технологии полностью исчерпаны. Следовательно, этот участок является узким местом. На участке № 1 по первой технологии задействовано 88 единиц мощности, по второй - 46 единиц, т.е. имеется резерв мощности в размере 62 и 104 единиц времени. На участке № 3 потребовалось 108 и 384 единицы мощности.

Из приведенных двух примеров видно, как могут быть использованы методы линейного программирования для проектирования.

В заключение следует еще раз подчеркнуть: этот метод применим на стадии окончательного проектирования; он представляет собой некоторый программный модуль для проектирования; алгоритм вычислений по линейным оптимизационным моделям является основной частью программного обеспечения любой ЭВМ вычислительного центра.

4.5.

Планировка производства и транспортная система предприятия

Производственная деятельность современных полиграфических предприятий невозможна без рационально организованной, хорошо продуманной транспортной системы. Производственный процесс как всего предприятия, так и его подразделений связан с непрерывным перемещением значительного количества различных грузов: материалов, полуфабрикатов, готовой продукции, отходов производства.

Эти перемещения осуществляются за пределами предприятия и внутри его. На склады полиграфических предприятий внешний транспорт доставляет бумагу, картон, краски, переплетные ткани и другие материалы, а со складов или непосредственно из цехов вывозит готовую продукцию и отходы производства. В пределах самого предприятия с помощью внутризаводского транспорта материалы и другие грузы перемещаются со складов в цехи, печатные формы и различные полуфабрикаты - между цехами, готовая продукция и отходы - из цехов в соответствующие склады. Внутри цехов полуфабрикаты в процессе их изготовления и сборки перемещаются между производственными участками и рабочими местами.

Транспортная система предприятия находит непосредственное отражение в схеме пространственного размещения производственного процесса. Способы перемещения, компоновочные и планировочные решения самым тесным образом связаны между собой. Поэтому система перемещений является одним из важнейших факторов, который способствует созданию проекта оптимальной схемы пространственного размещения производства.

Одна из задач, которую решают при разработке проекта планировки производства, сводится к созданию оптимальной схемы грузовых потоков материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, т.е. к организации их перемещений на протяжении всего производственного процесса. Внутризаводской грузопоток начинается от различных складов, куда поступают материалы, а точкой, в которой завершается движение потока обрабатываемых материалов, будет экспедиция или склад готовой продукции. Местоположение этих граничных пунктов должно быть тщательно продумано в процессе компоновки производства.

Графическая схема грузопотоков выполняется на компоновочном плане предприятия (см. рис. 5.8). Она дает наглядное представление о характере и направлении движения перемещаемых грузов. Поскольку схема грузопотоков органически связана с планировкой производства, направление перемещений будет соответствовать размещению цехов, служб, участков и расстановке оборудования. Данные о количестве грузов получают из "шахматных" ведомостей грузооборота, которые отражают перевозки грузов как для всего предприятия, так и для цеха и склада. Расстояния между пунктами погрузки и выгрузки определяют по схеме непосредственными измерениями.

Схема грузопотоков подвергается анализу с тем, чтобы по возможности избавиться от лишних перемещений, встречных перевозок одних и тех же грузов, сократить длину транспортных маршрутов, уменьшить грузонапряженность отдельных путей. Наиболее тщательно следует проанализировать основной грузопоток, который на полиграфических предприятиях связан с перемещением бумаги, картона, переплетных материалов, печатных полуфабрикатов и готовых изделий. Эти перемещения охватывают соответствующие склады, экспедиции, печатные и брошюровочно-переплетные цехи.

Выше указывалось, что между транспортной системой и схемой пространственного размещения производственного процесса существует ясно выраженная обратная связь: совершенные схемы грузопотоков являются одним из средств оптимизации планировки производства, и в то же время оптимальные планировочные решения обеспечивают создание наиболее рациональной транспортной системы по критерию минимального грузопотока. При сравнении, например, нескольких вариантов компоновочного плана предпочтение должно быть отдано тому варианту, для которого

где Q - суммарный суточный грузопоток предприятия, т·м; - суточный грузооборот между подразделениями i и j, т; - длина грузового маршрута между подразделениями i и j, определенная по компоновочному плану, м; k - количество подразделений предприятия, которые участвуют в грузообороте.

Основные проектные решения, которыми достигается уменьшение количества транспортных маршрутов, длины путей, снижение грузооборота, - это целесообразная компоновка производственных подразделений, планировка оборудования и рабочих мест, характер проектируемого оборудования и транспортных средств и др.

Расстановка оборудования по ходу технологического процесса позволяет ликвидировать некоторые перемещения, избавиться от возвратных и петлеобразных движений, что значительно сокращает транспортные маршруты.

Большой эффект может быть получен от сочетания процессов перемещения грузов с другими элементами производственного процесса. Любой транспорт, на котором находятся материалы или полуфабрикаты, ожидающие обработки, является одновременно средством перемещения и местом складирования. Оснащая производственный процесс автоматическими поточными линиями, состоящими из пооперационных машин, или агрегатированными машинами-автоматами, перемещения комбинируют непосредственно с операциями технологического процесса, такими, как изготовление печатных форм, сушка, обжим, сборка, упаковка и т. д.

Существенно сократить грузопоток, связанный с транспортировкой бумажных рулонов, можно, проектируя для установки на крупных предприятиях книжно-журнальные рулонные печатные машины балконного типа. При этом в операционном бумажном складе, расположенном в нижнем этаже, размещаются рулонные зарядные устройства, а бумажное полотно проводится через щели в перекрытии к печатным секциям, установленным на следующем этаже.

Централизованные трубопроводные системы для подачи жидкой краски к печатным машинам, для удаления обрезков бумаги от резальных машин сокращают транспортные пути и исключают трудоемкие погрузочно-разгрузочные и транспортные операции.

Правильный выбор местоположения складов материалов и готовой продукции в сочетании с планировкой участка застройки может позволить очень близко подвести к этим пунктам внешний транспорт. Грузовые перемещения значительно сократятся, если места загрузки-выгрузки расположить на одном уровне с платформой железнодорожного вагона или автомашины. При этом электропогрузчики смогут принимать грузы непосредственно от внешнего транспорта и перемещать их по складам без применения других транспортных средств.

Вопросы выбора транспортных средств, организации транспортного хозяйства полиграфических предприятий, расчеты потребности в транспортных средствах рассматриваются в курсе "Организация, планирование и управление производством на полиграфических предприятиях".

4.5.1.

Транспортная задача

Постановка транспортной задачи. Пусть речь идет о рациональной перевозке некоторой однородной продукции от производителей к потребителям; при этом имеется баланс между суммарным спросом потребителей и возможностями поставщиков по их удовлетворению. Причем потребителям безразлично, из каких пунктов производства будет поступать продукция, лишь бы их заявки были полностью удовлетворены. Возникает задача о наиболее рациональных направлениях перевозок грузов, при которых потребности потребителей полностью удовлетворяются, вся продукция от поставщиков вывозится, а затраты на транспортировку минимальны.

Имеется m пунктов производства, в каждом из которых сосредоточено (i= ) единиц продукции. Эту продукцию нужно доставить n потребителям, где потребность составляет (j= ) единиц. Причем (если это условие выполняется, то модель транспортной задачи называется закрытой).

Известны величины - затраты на перевозку единицы продукции из i-го пункта производства в j-й пункт потребления. Матрица С = =( ) называется матрицей тарифов, X = ( ) - матрицей перевозок. Для удобства проведения расчетов матрицы тарифов и перевозок совмещают в одну таблицу:

Математическая модель транспортной задачи:

целевая функция, описывающая транспортные затраты,

минимизируется при ограничениях:

на возможности поставщиков - вся продукция из пунктов производства должна быть вывезена:

на спрос потребителей, который должен быть удовлетворен:

при условии неотрицательных переменных, исключающих обратные перевозки:

Для построения начального допустимого решения используется несколько методов.

Определение исходного опорного решения. Пусть мы имеем таблицу исходных данных задачи. Исходное опорное решение будем строить по так называемому правилу "северо-западного угла".

Заполним таблицу, начиная с левого верхнего угла, двигаясь далее или по строке вправо, или по столбцу вниз. В клетку (1, 1) занесем меньшее из чисел и , т. е.

= min { , }.

Если > , то = и первый столбец "закрыт", т. е. потребности первого потребителя удовлетворены полностью. Двигаемся далее по первой строке, записывая в соседнюю клетку (1, 2) меньшее из чисел - и , т.е.

= min { - , }.

Если же > , аналогично "закрывается" первая строка. Далее переходим к заполнению соседней клетки (2, 1), куда заносим

= min { , - }.

Будем продолжать этот процесс до тех пор, пока на каком-то этапе не исчерпаются ресурсы и потребности .

Правило "северо-западного угла". В левую верхнюю клетку таблицы, условно называемой северо-западной, внесем наименьшее из чисел a1, b1, т. е. = min( , ). Если > , то x = и первый потребитель полностью удовлетворен. В дальнейшем первый столбец таблицы в расчет не принимается. В нем переменные = 0 для i = .

Двигаясь вправо по первой строке таблицы, заносим в соседнюю клетку меньшее из чисел - и . Если ( - ) < , то запасы первого поставщика исчерпаны и первая строка таблицы в дальнейшем в расчет не принимается. Далее переходим к аналогичному распределению запаса второго поставщика.

Если > , то = а1 и запас первого поставщика исчерпан, поэтому = 0 для j = . Первая строка из дальнейшего рассмотрения исключается. Переходим к распределению запасов второго поставщика. В клетку заносим меньшее из чисел - и . И далее повторяем всю процедуру, пока не будет построено первоначальное решение.

Правило "минимального элемента". Просматриваются все тарифы и в первую очередь заполняется клетка с минимальным значением тарифа. В эту клетку записывается максимально возможное значение поставки. Затем из рассмотрения исключают строку, соответствующую поставщику, запасы которого полностью израсходованы, или столбец, соответствующий потребителю, спрос которого полностью удовлетворен. После этого из оставшихся клеток таблицы снова выбирают клетку с наименьшим тарифом. Процесс распределения заканчивается, когда все запасы поставщиков исчерпаны, а спрос потребителей полностью удовлетворен. В результате получаем решение, которое должно содержать m + n - 1 загруженных клеток.

В процессе первоначального заполнения таблицы могут быть одновременно исключены строка и столбец. Так бывает, когда полностью исчерпывается запас груза и удовлетворяется спрос. В этом случае в свободную клетку, которая не образует цикла с занятыми, надо записать 0 - "нуль-загрузка", условно считая эту клетку занятой.

Метод потенциалов. Каждому поставщику поставим в соответствие число , i = , а каждому потребителю - , j = . Эти числа называются потенциалами и для каждой занятой клетки должны удовлетворять условию

+ = . (4.8)

Так как всех занятых клеток должно быть m + n - 7, т. е. на единицу меньше, чем число потенциалов, то система (4.8) неопределенная. Для нахождения частного решения одному из потенциалов придаем произвольное числовое значение (обычно = 0). Тогда остальные потенциалы определяются однозначно.

Для исследования решения на оптимальность для каждой свободной клетки проверяется условие + . Если для всех свободных клеток это условие выполняется, то решение является оптимальным.

Если хотя бы одна свободная клетка не удовлетворяет этому условию, то решение не является оптимальным. Его можно улучшить за счет загрузки этой клетки. Если таких клеток несколько, то наиболее перспективной для загрузки является клетка, для которой разность (оценка) между тарифом клетки и суммой потенциалов наименьшая, т. е. = - ( + ) < 0.

Для того чтобы загрузить выбранную клетку, строится так называемый цикл. Циклом называется ломаная линия, вершины которой расположены в занятых клетках таблицы, а звенья - вдоль строки и столбцов, причем в вершине встречаются два звена, одно из которых находится в строке, а другое - в столбце.

Если ломаная линия, образующая цикл, пересекается, то точки самопересечения не являются вершинами. При правильном решении для любой свободной клетки можно построить только один цикл.

После того как для выбранной свободной клетки цикл построен, переходим к новому решению. Для этого перемещаем грузы в пределах клеток, связанных циклом. Это перемещение происходит по следующим правилам:

1. Свободной клетке приписывают знак плюс, а всем остальным клеткам - поочередно знаки минус и плюс.

2. В свободную клетку цикла заносят наименьшее из чисел , стоящих в минусовых клетках. Одновременно это число вычитают из соответствующих чисел минусовых клеток и добавляют к числам, стоящим в плюсовых клетках.

В результате перемещения грузов по циклу получается новое базисное решение задачи.

Итак, для нахождения решения транспортной задачи следует:

1. Построить начальное решение по одному из правил.

2. Вычислить потенциал поставщиков , i = и потребителей , j = , решив систему уравнений вида + = для занятых клеток.

3. Вычислить оценки по формуле = - ( + ) для всех свободных клеток. Если все они неотрицательны, то получено оптимальное решение задачи.

4. Если найдутся отрицательные оценки, выбрать клетку с наименьшей оценкой, построить цикл и переместить грузы. То есть получают новое решение задачи.

5. Вернуться к п. 2.

Пример. Пусть в цехе находятся m печатных машин, на которых выпускается (i = ) листов-оттисков, которые должны быть доставлены к n фальцевальным машинам. Потребность составляет j (j = ) листов. Причем

или m = n .

Исходя из сменной среднестатистической производительности листовой печатной машины, условия задачи могут быть изменены следующим образом.

Печатное производство организовало выпуск одного издания на двух листовых печатных машинах (№ 1 и № 2).

Производительность листовых офсетных машин за две смены работы составляет:

ПМ № 1 - 110 тыс. л.-отт.;

ПМ № 2 - 100 тыс. л.-отт. (с учетом квалификации исполнителя).

После печати дальнейшая обработка отпечатанных листов обеспечивается тремя кассетно-фальцевальными машинами (№ 1, № 2, № 3).

Печатные листы укладываются на поддоны по 10 тыс. л.-отт., суммарное количество которых составит для всей продукции 21 поддон. Отпечатанную продукцию перевозят на поддонах в брошюровочный цех. Время перевозки одного поддона к фальцевальным машинам (рис. 4.11) составит:

от ПМ № 1 к ФМ - 70, 50, 30 (мин),

от ПМ № 2 к ФМ - 60, 10, 40 (мин).

Рис. 4.11. Схема потока

Определить максимальный план перевозок отпечатанной продукции, чтобы общее время транспортных перевозок было наименьшим.

Решение

1. Выполняем расчеты по правилу "северо-западного угла".

Строим опорное решение, для этого заполняем таблицу:

Заполняем клетки таблицы:

= min ( , ) = min (110, 80) = 80 -

первый столбец закрыт.

= min ( - , ) = min (110 - 80, 70) = 30 -

первая строка закрыта. Переходим ко второй строке:

= min (70 - 30, 70) = 40;

= min ( - , ) = min (100 - 40, 60) = 60 -

опорное решение построено.

Помещаем в верхнем правом углу каждой клетки таблицы время на перевозку одного поддона с продукцией.

Суммарное время перевозок по данному плану составит

Т = 8·60 + 3·50 + 4·10 + 6·40 = 91 ч.

По этому правилу учитываются не все элементы времени перевозки , и исходное решение может быть далеко от оптимального. Рассмотрим решение задачи, которая учитывает это время.

2. Решение по правилу "минимального элемента".

В этом случае построение опорного решения начинается с клетки, имеющей минимальную величину (см. таблицу).

В нашем примере = 10. В эту клетку заносим:

= min ( , ) = min (100, 70) = 70 -

столбец закрыт.

Теперь переходим к клетке (1, 3), так как после наименьшим является .

= min ( - , ) = min (110 - 80, 60) = 30.

Затем переходим к клетке (1, 1):

= min ( , ) = min (110, 80) = 80 -

cтолбец закрыт.

Переходим к клетке (2, 3):

= min ( - , ) = min (100 - 70, 60) = 30 -

в этом случае суммарное время равно

Т = 8·60 + 3·30 + 7·10 + 3·40 = 760 ч.

3. Получив опорное решение, переходим к построению оптимального плана, применяя метод потенциалов.

Для правила "минимального элемента" находим потенциалы:

+ = = 60;

+ = = 30;

+ = = 10;

+ = = 40.

Для расчета значений неизвестных , , , , задается произвольно одно из значений. Задаем = 5.

Тогда = 55, = 15, = -15, = 25.

Вычисляем косвенное время :

= + = 5 + (- 5) = 0,

= + = 15 + 55 = 70.

Рассчитываем разность :

= - = 50 - 0 = 50,

= - = 70 - 70 = 0.

Следовательно, выражение Т через свободные переменные имеет вид

Т = 760 + 50 .

Среди коэффициентов при переменных в правой части нет отрицательных. Следовательно, исходное опорное решение является оптимальным.

80	0	30
0	70	30

4.5.2.

Программирование на сетях

Теория потоков возникла одновременно с разработкой методов решения задач, связанных с рациональной перевозкой грузов. Схема доставки груза представлялась в виде графа, по ребрам которого проходит подлежащий максимизации поток этого груза. Позднее обнаружилось, что к задаче о максимальном потоке сводятся и другие важные оптимизационные практические задачи. Например, такие, как задачи отыскания минимального по стоимости плана выполнения комплекса работ при заданной продолжительности отдельных работ; определения максимального количества информации, которая может быть передана по разветвленной сети каналов связи из одного пункта в другой; оптимальных назначений; организации снабжения; автоматизации проектирования узлов вычислительных машин (печатный монтаж, трассировка плат); задачи, связанные с наиболее экономным строительством энергетических сетей, нефте- и газопроводов, железных и шоссейных дорог, ирригационных систем и др.

Сеть (или линейный граф) определяется заданием двух множеств: множества вершин Х и множества дуг а, соединяющих различные пары узлов. Вершины (или узлы, точки) обозначаются , , …, и изображаются точками на плоскости или в пространстве. Общее количество вершин сети будем обозначать через n. Дуги (или ребра, звенья) - это пары связанных между собой элементов множества X. Дуги будем обозначать , , …, . Их изображают отрезками или кривыми линиями. Если на каждой дуге задана ориентация (направление), т. е. определен порядок в паре вершин, связанных данной дугой (i, j) от к , то говорят, что сеть ориентированная. В сети есть вершины I, которые являются входом, истоком. И есть вершины S, которые служат выходом, стоком сети. Предположим, что между парой узлов допускается только одна дуга (i, j): если ребро (i, j) входит в сеть, то оно также принадлежит сети.

На рис. 4.12 приведен пример сети, в которой истоком I является вершина 1, стоком S - вершина 6.

Максимальное количество продукции, которое может пропускать за единицу времени ребро (i, j), называется его пропускной способностью. В общем случае . Если вершины i и j на сети не соединены, то = = 0. На сети пропускные способности ребер указаны в скобках. При этом первое число - это пропускная способность в направлении от вершины i к вершине j, второе - в противоположном направлении. Пропускные способности сети можно задать квадратной матрицей R n-го порядка. Поскольку = 0, на главной диагонали этой матрицы стоят нули. Матрица R пропускных способностей сети, изображенной на рис. 4.12, представлена в табл. 4.5. Здесь n - 6-го порядка.

Рис. 4.12. Пример сети

Таблица 4.5

Матрица R пропускных способностей сети

	j	1	2	3	4	5	6
i
1		0	3	6	2	0	0
2		5	0	0	0	1	0
3		6	0	0	3	0	4
4		7	0	9	0	4	4
5		0	1	0	2	0	5
6		0	0	1	0	8	0

Количество продукции, проходящей через ребро (i, j) в единицу времени, называется потоком по ребру (i, j).

Произвольно задать чисел нельзя. Они должны подчиняться определенным ограничениям. Будем считать, что если поток из вершины в вершину равен , то поток из вершины в вершину будет равен - :

= - . (4.9)

Принимается также, что = 0.

Если поток по ребру (i, j) меньше его пропускной способности, т.е. < , то ребро (i, j) называют ненасыщенным, если же = - - насыщенным.

Совокупность X ={ } потоков по всем ребрам (i, j) сети называют потоком по сети или просто потоком.

Из физического смысла грузопотока следует, что поток по каждому ребру (i, j) не может превышать его пропускную способность, т. е.

(4.10)

Очевидно, что для любой вершины, кроме истока I и стока S, количество продукции, поступающей в эту вершину, равно количеству продукции, вытекающей из нее. С учетом (4.10) это требование можно выразить записью

(4.11)

Данное ограничение называют условием сохранения потока: в промежуточных вершинах потоки не создаются и не исчезают. Отсюда следует

(4.12)

где j - конечные вершины ребер, исходящих из I ; i - начальные вершины ребер, входящих в S.

Линейную функцию f называют мощностью потока на сети.

Задачу о максимальном потоке можно сформулировать следующим образом: Х = { } потоков , по всем ребрам (i, j) сети, которая удовлетворяет условиям (4.9)-(4.11) и максимизирует линейную функцию (4.12). Это типичная задача линейного программирования.

Числа образуют квадратную матрицу n-го порядка, на главной диагонали которой стоят нули = 0, а элементы, расположенные симметрично главной диагонали, равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Следовательно, задать Х = { } поток на сети - это значит задать чисел , удовлетворяющих условиям (4.9)-(4.11).

Обратимся к рис. 4.12 и выясним, можно ли организовать на сети какой-либо поток, удовлетворяющий условиям (4.9)-(4.11). С этой целью рассмотрим, например, полный путь 1 - 2 - 5 - 6. (Полным называют путь из истока I в сток S). Рeбpo (2, 5), лежащее на этом пути, не позволяет пропустить более 1 ед. Следовательно, поток по указанному пути мощностью в 1 ед. будет допустимым, т.е. условия (4.9)-(4.11) выполняются для всех вершин и ребер этого пути. По пути 1 - 4 - 5 - 6 можно пропустить 2 ед. (лимитирующим здесь является ребро (1, 4); по пути 1 - 3 - 6 пропустим 4 ед. (больше пропустить не позволяет ребро (3, 6). В результате потоки по ребрам будут равны: = 1, = 4, = 2, = 1, = 4, = 2, = 1 + 2 = 3, а по остальным ребрам сети потоки равны нулю. Совокупность указанных потоков по ребрам и составит поток по сети. В соответствии с формулой (4.12) мощность сформированного потока f = + + + + + + + = 7 ед.

Рис. 4.13. Пример сети с заданным потоком

Чтобы ответить на вопрос, будет ли этот поток максимальным, необходимо его исследовать. Об этом речь пойдет дальше. А пока, учитывая (4.9), представим сформированный поток на рис. 4.13 и матрицей (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Расчетная матрица

	j	1	2	3	4	5	6
i
1		0	1	4	2	0	0
2		-1	0	0	0	1	0
3		-4	0	0	0	0	4
4		-2	0	0	0	2	0
5		0	-1	0	-2	0	3
6		0	0	-4	0	-5	0

Пример. Необходимо изготовить брошюру в мягкой обложке. Основной текст печатается на двухкрасочной машине. Цветная обложка (4 + 0) и цветные иллюстрации (4 + 4) печатаются на четырехкрасочной офсетной машине. Формат издания 70?100/16, цветных иллюстраций 4 стр., красочность текста 1 + 1.

Необходимые параметры для построения сети даны в таблице.

Обозначение работы
Непосредственно предшествующие работы	-	-
Продолжительность работы	2	4	1	3	5	2

Здесь:

- печатание основного текста на офсетной листовой машине Printmaster PM74 - 2P;

- печатание цветных иллюстраций на офсетной листовой печатной машине Printmaster GTO52 (четырехкрасочная);

- процесс фальцовки листов на фальцевальной машине;

- обработка иллюстраций (фальцовка или разрезка);

- составление сложных тетрадей;

- обработка обложек.

Послепечатные процессы проводятся на машине клеевого бесшвейного скрепления (например, WOHLENBERG).

Решение. Работы , не имеют предшествующих, поэтому реализация комплекса начинается с этих работ и изобразятся они дугами, выходящими из одного кружка - события 1 (исток I сети) (рис. 4.14). Масштаб при этом не соблюдается и дуги , располагаются достаточно произвольно. Работе предшествует работа , поэтому дуга на сети изображена вслед за дугой . Работам и предшествует работа . Во избежание путаницы на сетях не рекомендуется изображать параллельными дугами одновременно выполняемые работы. В подобных случаях условились вводить дополнительные события и фиктивные работы (нулевой продолжительности), которые изображаются штриховыми линиями. Их назначение - показать, что одна работа не может быть выполнена ранее какого-либо события или работы. Далее надо изобразить работу , выполняющуюся после работ и .

Дуги и моделируют заключительные работы комплекса, а потому сведем их в одно завершающее комплекс событие 5 (сток S сети).

Рис. 4.14. Схема потоков

Возникает вопрос: за какое минимальное время можно выполнить все работы комплекса? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим все полные пути L на сети. В данном случае таких путей три: (1 - 2 - 4 - 5); (1 - З - 4 - 5); (1 - 3 - 5). Находим продолжительности t{ } полных путей: t{ } = =8, t{ } = 12 и t{ }= 6. Наиболее продолжительным оказался полный путь . Его называют критическим. Он и определяет минимальное время выполнения всех работ данного комплекса. Это минимальное время называют критическим сроком и обозначают . В нашем случае = 12.

Работы и события, лежащие на критическом пути, называются критическими, остальные работы и события сети - некритическими. Если выполнение какой-либо критической работы будет задержано, это вызовет задержку выполнения всего комплекса на тот же срок. Чтобы ускорить реализацию комплекса, необходимо сократить сроки критических работ. Некритические работы допускают некоторое запаздывание их выполнения без нарушения критического срока. Чтобы определить время, на которое можно задержать завершение некритических работ, вводят понятия резервов времени событий и работ, которые в свою очередь выражаются через ранние и поздние сроки свершения событий.

В событие может входить и выходить из него несколько работ. Под свершением события понимают момент, к которому заканчиваются все входящие в него работы и может быть начата любая выходящая работа. Событие может иметь некоторый интервал свободы свершения. Например, событие 2 на рис. 4.14 может свершиться через 2 дня (по окончании работы (1, 2). Но оно может наступить и позже, если добавить время на выполнение работы . Это можно сделать, так как на полном пути , на котором лежит работа, есть резерв времени ( ) = - t{ } = 12 - 8 = 4 и работу можно выполнить даже за 2 +4 = 6 дней, что не повлияет на критический срок. Но тогда событие 2 наступит через 6 дней. Именно поэтому для событий различают ранний и поздний сроки свершения.

Ранним сроком (j) свершения события j называют самый ранний момент времени, к которому завершаются все работы, предшествующие этому событию. Чтобы получить общую расчетную формулу, обратимся к рис. 4.14. Очевидно, что для этой сети (1) = 0, а (5) = = 12. И вообще,

(I) = 0, а (S) = .

Событие 2 произойдет по завершении работы (1, 2), т.е. через 2 дня. Значит, (2)= 2. Запишем это иначе:

(2) = (1) + t(1, 2) = 0 + 2 = 2,

где t(1, 2) - время выполнения работы (1, 2).

Аналогично событие 3

tp(3) = tp(1) + t(1, 3) = 0 + 4 = 4.

Немного сложней с событием 4, поскольку им завершается несколько работ (две работы). По работе (2, 4) аналогично предыдущему можно записать

(2) + t(2, 4) = 2 + 1 = 3,

а по работе (3, 4)

(3) + t(3, 4) = 4 + 3 = 7.

Поскольку к моменту (4) должны заканчиваться все предшествующие работы, понятно, что tp(4) необходимо выбрать из условия

(4) = ( (i) + t(i, j),

где - множество работ, входящих в j-е; (i) - ранний срок свершения начального события работы (i, j); t(i, j) - продолжительность работы (i, j).

Итак, если событием j заканчивается одна работа (i, j), то (j) равен сумме (i) - раннего срока свершения ее начального события и t(i, j) - продолжительности этой работы; если же событием j заканчивается несколько работ, то по каждой работе находится свой ранний срок, а искомым (j) будет максимальный из них.

Поздним сроком (i) свершения события i назовем самый момент времени, после которого остается ровно столько времени, сколько необходимо для завершения всех работ, следующих за этим событием.

Очевидно, что для любой сети (I) = 0, (S) = (S) = .

В рассматриваемом примере = 12. Чтобы не нарушился критический срок, событие 4 должно произойти, в крайнем случае, на 5 дней раньше события 5 (5 дней необходимо на выполнение работы (4, 5), поэтому

(4) = (5) - t (4, 5) = 12 - 5 = 7.

Аналогично для события 3 по работе (3, 5) можно записать

(4) - t(3, 4) = 7 - 3 = 4.

Поскольку (3) - это предельный момент времени, после которого должны быть выполнены все последующие работы, то за tп (3) принимают

(3) = min ( (5) - t (4, 5).

Если взять = 10 и учесть, что для выполнения работ (3, 4) и (4, 5) потребуется еще 3 + 5 = 8 дней, то общий срок реализации комплекса возрастет до 18 дней (вместо = 12). Обобщая результат, приходим к расчетной формуле

(i) = ( (i) + t(i, j)),

где - множество работ, выходящих из i-го события; (i) - поздний срок свершения конечного события работы (i, j); t(i, j) - продолжительность работы (i, j).

Итак, если событием i начинается одна работа (i, j), то (i) равен разности (j) - позднего срока свершения ее конечного события и t(i, j) - продолжительности этой работы; если же событием i начинается несколько работ, то по каждой работе находят свой поздний срок, а искомым (i) будет минимальный из них.

Разность между поздним и ранним сроками свершения события i составляет резерв R(i) времени этого события:

R(i) = (i) - (i).

Резерв R(i) показывает, на какой предельно допустимый срок может задержаться свершение события i без изменения срока наступления завершающего события S. Понятно, что у критических событий ранние и поздние сроки свершения совпадают, так что резерв времени у них равен нулю.

Зная сроки свершения событий, для работы (i, j) можно найти крайний срок (i, j) начала работы; ранний срок (i, j) окончания работы; поздний срок (i, j) окончания работы; поздний срок (i, j) начала работы:

(i, j) = (i);

(i, j) = (i) + t(i, j);

(i, j) = (j);

(i, j) = (j) - t(i, j).

Для работ отметим два основных вида резервов времени: полный (i, j) и свободный (i, j).

Полный резерв времени работы - это максимальное количество времени, на которое можно задержать начало работы или увеличить ее продолжительность, не нарушая критический срок.

Очевидно, что

(i, j) = (j) - (i) - t(i, j).

Эту формулу можно проиллюстрировать рис. 4.15.

Рис. 4.15. Расчетная схема

Отдельные работы имеют свободный резерв времени, составляющий часть полного резерва, остающуюся после исключения резерва времени R(j) конечного события j данной работы. Можно показать, что (i, j) = (j) - (i) - t(i, j).

Свободный резерв времени работы - это запас времени, на который можно отсрочить начало работы или увеличить ее продолжительность при условии, что она начнется в свой ранний срок и при этом ранние сроки начала последующих работ не изменятся, а потому комплекс завершится в критический срок.

Понятно, что о резервах времени можно говорить лишь применительно к некритическим работам, резервы критических работ равны нулю.

План предприятия по выпуску журналов Планировка печатного цеха Планировка участка обработки офсетных пластин Планировка отделочного цеха План-схема первого этажа План схема второго этажа Функциональная схема производства полиграфического предприятия Компоновочный план размещения предприятия офсетной печати в четырехэтажном здания и схема грузопотоков Перемещения: Типовые схемы установочных мест Кольцевая схема расположения оборудования Печатный цех Планировка оборудования на участке подготовки сложных тетрадей Планировка участка комплектовки книжных блоков Планировка участка шитья книжных блоков Планировка оборудования на участках изготовления переплетных крышек Планировка оборудования на участке отделки переплетных крышек Планировка оборудования на участках изготовления изданий в обложке Планировка поточной линии для изготовления книг в переплете, оборудованной пооперационными станками Планировка участка программирования набора Планировка участка проявочных машин Планировка участка верстки-монтажа фотоформ Схема расположения рабочих мест относительно светопроемов

5.

Пространственное размещение производственного процесса

В процессе формирования производственной системы должны быть решены следующие задачи:

соблюдение норм и правил, обеспечивающих возможность безопасной эксплуатации оборудования, соблюдение требований охраны и организации труда работающих, создание необходимых условий для осуществления технологических процессов и получения продукции необходимого качества;

минимизация издержек производства (производственных расходов) при проектировании системы материальных, информационных и энергетических потоков.

Для решения указанных задач осуществляется планировка производства - взаимное размещение всех элементов производственной системы и конструкции здания.

Пространственное размещение производственного процесса или формирование производственной системы в пространстве включает в себя три этапа:

I - компоновка или размещение производственных помещений;

II - построение схемы размещения оборудования в цехах;

III - окончательное размещение оборудования в заданном пространстве.

5.1.

Компоновка подразделений предприятия в производственном здании

Компоновка подразделений предприятия заключается в изыскании рационального размещения в здании основных, вспомогательных и обслуживающих цехов и хозяйств с одновременным определением оптимального направления производственного процесса, проектированием людских и грузовых потоков и межцеховой транспорт-ной системы.

Компоновочный план должен обеспечивать: прямоточность производственного процесса, начиная от материальных складов и кончая экспедированием готовой продукции; минимальные пути движения материалов, полуфабрикатов и готовой продукции; возможность применения наиболее простых, надежных, безопасных и экономичных транспортных средств; безопасность работающих на предприятии; создание благоприятных условий для проведения технологических процессов, для работы оборудования, эксплуатации инженерных сетей и сооружений; высокую экономическую эффективность производственного процесса.

Разработку компоновочного плана следует начинать с решения основных комплексных вопросов, а затем уже переходить к детализации решений.

Одним из главных вопросов является выбор типа производственного здания и определение его характеристик, таких, как число этажей, конфигурация, сетка колонн, необходимость подвальных помещений, подъемников. Проект здания будет выполняться в дальнейшем на основе проекта пространственного размещения производственного процесса, который, по сути дела, обусловливает объемно-планировочное решение здания: состав помещений, их площади и объемы, взаимное расположение и взаимосвязь.

Основные сведения о промышленных зданиях для полиграфических предприятий приведены в гл. 2. Здесь будет рассмотрено влияние некоторых характеристик зданий на планировочные решения.

Одноэтажные здания, имеющие большую (по сравнению с многоэтажными) площадь, не стесненную частым расположением колонн, удобны для размещения цехов с тяжелым крупногабаритным оборудованием и для расстановки самого оборудования. В таких зданиях можно наиболее рационально компоновать взаимосвязанные подразделения предприятия в соответствии с принятой схемой производственного процесса (рис. 5.1-5.4). В то же время одноэтажные здания характеризуются недостаточной гибкостью осуществляемой в них планировки производства: здесь сложнее выполнять перепланировку цехов и участков, которая может потребовать перемещения инженерных сетей и перестановки перегородок. Кроме того, в них невозможно размещать производственный процесс, требующий установки печатных машин и агрегатов балконного типа.

Эти недостатки одноэтажных зданий (с точки зрения планировки) устраняются при размещении производства в зданиях двухэтажных, имеющих увеличенную сетку колонн в верхнем этаже (рис. 5.5, 5.6). Такие здания, особенно если они широкие, многопролетные, обладают также достоинствами, присущими одноэтажным зданиям.

Рис. 5.1. План предприятия по выпуску журналов (общий вид)

Рис. 5.2. Планировка печатного цеха:

1 - четырехкрасочная рулонная машина; 2 - однокрасочная рулонная машина; 3 - четырехкрасочная листовая машина

Наибольшее количество проблем возникает при размещении производственных процессов в многоэтажных зданиях. Необходимость вертикального членения производственного процесса ухудшает условия организации потоков, в процессе компоновки иногда приходится принимать вынужденные решения, что приводит к нарушению технологической последовательности размещения производственных подразделений. Так как унифицированные габаритные схемы, разработанные для многоэтажных производственных зданий, предусматривают сетки колонн, размещать цехи с крупногабаритным оборудованием очень сложно. В процессе эксплуатации предприятия может возникнуть необходимость замены, например, листовых офсетных машин другими машинами, имеющими больший формат или красочность, или рулонными машинами.

Рис. 5.3 Планировка участка обработки офсетных пластин: 1 - шкаф для пластин; 2 - шкаф для пленок; 3 - машина для обработки пластин; 4 - станок для пробивки отверстей; 5 - монтажный столб; 6 - проявочная машина; 7 - копировальная рама

Однако возможности такой замены для многоэтажных зданий ограничиваются расстояниями между колоннами, высотой помещений и несущей способностью меж-этажных перекрытий. Верхний этаж многоэтажного здания может иметь укрупненную сетку колонн, что позволяет рационально разместить крупногабаритное оборудование при условии, что оно не будет вызывать большие статические и динамические нагрузки.

Рис. 5.4. Планировка отделочного цеха:

1 - бумагорезальная машина; 2 - кассетно-фальцевальная машина; 3 - ВШРА; 4 - линия КБС

Усложняет размещение производства в многоэтажных зданиях наличие подъемников и лестничных клеток. Работа над рациональной схемой грузопотоков в таких зданиях имеет свои плюсы и минусы. С одной стороны, разобщенность отдельных элементов единого производственного процесса вызывает необходимость удлинять пути перемещения грузов, организовывать сложный вертикальный транспорт, проектировать помещения или площадки для межцехового хранения полуфабрикатов. С другой стороны, в некоторых случаях имеется возможность сократить пути технологических потоков благодаря перемещению материалов и полуфабрикатов с этажа на этаж по вертикали непосредственно к месту их обработки.

Рис. 5.5. План-схема первого этажа (общая площадь 1584 )

Рис. 5.6. План схема второго этажа (общая площадь 1584 )

Наиболее удобные и экономичные условия для размещения производственного процесса предоставляют здания простой прямоугольной формы, в которых легко обеспечить прямолинейность проходов и проездов, удобно осуществлять перепланировки, связанные с изменением технологических процессов или с заменой оборудования. Здания другой конфигурации могут выбираться в тех случаях, когда на предприятии применяются процессы, опасные в пожарном отношении или связанные с возникновением сильных шумов и вибрации и поэтому подлежащие изоляции от остального производства.

Следует учитывать, что промышленные здания рассчитаны на гораздо больший срок службы, чем размещаемые в них производственные процессы, характер которых меняется во времени. Поэтому здания никогда не проектируют применительно к идеальной, раз и навсегда заданной схеме размещения производства; изменение задач, стоящих перед предприятием, совершенствование полиграфической техники и технологии всегда будут приводить к неизбежным перепланировкам. В связи с этим здание должно и в перспективе обеспечивать нормальные условия для осуществления прогрессивного производственного процесса, а также наибольшие удобства для работающих без кардинальных изменений в его конструктивной схеме.

Исходными данными для разработки компоновочного плана служат: перечень подразделений предприятия; характер оборудования и технологических процессов в каждом подразделении; площадь подразделений; поэтажные планы здания; схема функциональных связей подразделений; перечень ограничений на совместимость взаимного расположения подразделений.

Требования, которые следует учитывать при решении поставленных задач в процессе компоновки производства в здании, можно условно разделить на нормативные, функциональные, планировочные и технико-экономические.

Нормативные требования обусловлены документами, выполнение которых обязательно при проектировании производственных процессов на полиграфических предприятиях. Эти требования регламентируют условия безопасной работы, естественную освещенность на рабочих местах, уровень шума в производственных помещениях, вибрацию строительных конструкций, пожарную безопасность, чистоту воздуха, высоту помещений, состав и размеры бытовых помещений, а также проведение мероприятий по гражданской обороне.

Функциональные требования предусматривают принятие компоновочных решений на основе производственно-технологической схемы проектируемого предприятия, которая представляет собой графическое изображение взаимных функциональных связей между производственными процессами, протекающими в подразделениях предприятия. На рис. 5.7 представлена функциональная схема предприятия по выпуску книжной продкции в переплете и обложке.

Рис. 5.7. Функциональная схема производства полиграфического предприятия:

1 - склад материалов; 2 - склад бумаги и картона; 3 - кладовая запасных частей; 4 - заводская лаборатория; 5 - отделение подготовки бумаги; 6 - цех изготовления офсетных форм; 7 - цех офсетной печати; 8 - ремонтный цех; 9 - участок лакирования и припрессовки пленки; 10 - брошюровочно-переплетный цех; 11 - склад готовой продукции; 12 - участок прессования отходов бумаги

Схема дает наглядное представление о последовательности производственного процесса, взаимосвязи подразделений предприятия и направлениях основных грузопотоков, указывает, какие цехи основного производства должны иметь смежное расположение, как должно размещаться вспомогательное и обслуживающее производство по отношению к обслуживаемым подразделениям.

Планировочные требования предусматривают выполнение следующих условий:

подразделения производственного, вспомогательного и обслуживающего назначения должны размещаться при минимальных межцеховых транспортных и людских потоках;

подразделения, создающие шум и вибрацию, не должны соседствовать с производствами, в которых технологические процессы и оборудование требуют спокойных условий для работы;

подразделения с пожароопасным производством или с производством, характеризующимся выделением вредностей (цехи глубокой печати, участки лакирования оттисков и др.), должны размещаться в верхнем этаже здания у его наружных стен наиболее протяженной стороной; в этом случае снижается пожарная опасность и облегчается подача свежего воздуха к рабочим местам;

подразделения со значительными выделениями вредностей следует располагать с учетом розы ветров в теплое время года; воздух при проветривании должен перемещаться от безвредных цехов к цехам, выделяющим вредности, но не наоборот;

подразделения, характеризующиеся использованием технологических процессов, оборудования или материалов, которым противопоказано воздействие прямых солнечных лучей, должны находиться в северной части здания;

подразделения, оснащенные тяжелым крупногабаритным оборудованием, при компоновке производства в многоэтажном здании следует размещать в нижнем этаже;

подразделения, к которым предъявляются сходные технологические требования и однородные по внутреннему режиму, следует компоновать по горизонтали (т.е. на одном этаже) или по вертикали (одно над другим); в этом случае гораздо легче и эффективнее решаются вопросы инженерного обеспечения производственного процесса.

Технико-экономические требования сводятся главным образом к минимизации единовременных и эксплуатационных затрат, требующихся при различных вариантах компоновки. Размещение подразделений предприятия в здании должно удовлетворять специфическим требованиям производственных процессов, осуществляющихся в каждом подразделении. Понятно, что учесть все требования, предъявляемые к компоновке производства, невозможно. Поэтому работа над компоновочным планом связана с определенными компромиссами, и наиболее благоприятные условия следует создавать для цехов с наибольшей величиной грузопотоков.

Размещение цехов выполняется с учетом расположения вентиляционных камер, установок для кондиционирования воздуха, трансформаторных подстанций и других энергетических служб. Конфигурация цехов должна быть простой. Расположение каждого подразделения по отношению к другим цехам, складам и общетипографским службам должно быть тем ближе, чем многочисленнее его функциональные связи с каждым из них. В результате этого обеспечиваются минимальные транспортные расходы и потери времени на межцеховую транспортировку грузов и, кроме того, создаются предпосылки для проектирования рациональной схемы внутрицеховых грузопотоков.

После определения границ цехов на их площади размещают основные производственные подразделения с учетом последовательности технологического процесса, а также цеховые вспомогательные службы, принимая во внимание их тяготение к местам обслуживания. Бытовые помещения должны располагаться таким образом, чтобы их удаленность от любого рабочего места не превышала 75 м. Во многих случаях производственные цехи занимают всю ширину здания, и их помещения представляют собой большие залы, освещенные естественным светом с обеих продольных сторон здания. Если на предприятии организуются сравнительно небольшие цехи, их подразделения располагаются по обе стороны коридора. Укрупненная схема компоновки предприятия офсетной печати в четырехэтажном здании с сеткой колонн (9 + 6 + 9) x 6 м приведена на рис. 5.8.

Окончательное формирование производственной системы с завершением работ по организации материальных, информационных и энергетических потоков происходит на последней стадии проектирования - планировочном этапе, где осуществляется взаимное размещение всех элементов производственной системы и конструкции здания. Формирование производственной системы в пространстве, когда устанавливаются размерные связи между элементами, оказывает влияние на первоначально образованную систему материальных, информационных и энергетических потоков. Так, например, мощность материального потока зависит от расстояния между материальными объектами, а величина информационного потока становится больше с увеличением расстояния, так как возрастает количество элементов производственной системы, передающих материал, информацию и энергию на большие расстояния. Мощность энергетических потоков зависит также от расстояний между материальными объектами, потому что с увеличением количества элементов производственной системы и расстояний между ними происходит рост энергетической мощности производства.

Из экономических соображений целесообразно в качестве критерия при формировании производственной системы в пространстве выбрать минимум мощности грузопотока, так как перемещение материальных объектов производства требует значительно больших затрат, нежели передача информации и энергии. Создание системы материальных потоков позволит определить расположение проездов, количество транспортных средств, стратегию управления ими, коэффициент загрузки основного оборудования и т.п.

Рис. 5.8 Компоновочный план размещения предприятия офсетной печати в четырехэтажном здания и схема грузопотоков: 1 - участок листовой печати; 2 - склад материалов; 3 - операционный склад бумаги; 4 - склад готовой продукции; 5 - вспомогательные и служебные помещения; 6 - санузлы; 7 - цех рулонной печати; 8 - база полуфабрикатов; 9 - брошюровочно-переплетный цех; 10 - участок компьютерного набора; 11 - цех изготовления офсетных форм; 12- участок пробной печати; 13 - участок изготовления переплетных крышек

Задача компоновочного этапа в общем виде формулируется следующим образом. Заданы множества подразделений производственной системы R = ( , ,..., ) и площади этих подразделений S = ( , ,..., ), а также величины материальных потоков между ними Q = ( , ,..., ) и ограничения на размещение этих подразделений. Требуется найти такое расположение подразделений R, имеющих площади S, чтобы материальные потоки между ними обеспечивали минимум мощности грузопотоков.

В качестве исходных данных при выполнении компоновочных решений производственных систем необходимо иметь состав основных и вспомогательных подразделений, производственные маршруты изготовления изделий, величины грузопотока для каждого маршрута и площади каждого подразделения. Производственные маршруты с величинами грузопотока можно задавать списочной структурой, матрицей материальных связей, графом G(R, Q) или гиперграфом.

Для размещения элементов производственной системы в пространстве при выполнении планировочных решений следует в первую очередь определить конструктивные элементы здания, при реконструкции и техническом перевооружении геометрические размеры помещений заранее известны.

5.2.

Расчеты площадей

Площадь полиграфического предприятия по своему назначению подразделяется на производственную, вспомогательную и административную (см. рис. 5.1).

К производственной площади относится территория, занятая производственным оборудованием и мебелью, транспортным стационарным оборудованием, полуфабрикатами (заделом) у рабочих мест и оборудования, рабочими местами мастеров, контролеров и сортировщиков, проходами и проездами между рядами оборудования, за исключением магистральных проездов.

К вспомогательным относятся площади, занятые ремонтными службами, складскими помещениями, лабораториями и т.д., а также магистральными и пожарными проездами.

В процессе проектирования потребные площади рассчитываются при разработке проектов производственных цехов. Технологическими расчетами определяются только производственная и вспомогательная площади, объединяемые общим названием "технологическая площадь цеха".

Расчеты технологических площадей выполняются на основе разработанных Гипронииполиграфом норм технологического проектирования, которые устанавливают условия размещения машин по отношению к конструктивным элементам здания (стены, колонны) и друг к другу в зависимости от характера зоны машины (рабочая, нерабочая); рабочую площадь на машину, необходимую для ее правильной эксплуатации, или на группу машин, объединенных технологическим процессом; общую площадь, необходимую для размещения машины или группы машин.

Рабочая площадь ( ) - площадь, необходимая для установки и обслуживания машины (или группы машин) при условии ее размещения в соответствии с нормами и оснащением рабочего места комплектом производственной мебели согласно принятой организации труда.

Общая площадь ( ) включает в себя кроме рабочей площадь для проезда транспорта, размещения специальных технологических установок, единых для всех машин, а также площадь на машину, обусловленную конструктивным решением здания.

Нормами технологического проектирования утверждены следующие коэффициенты:

коэффициент рабочей площади - отношение установленной рабочей площади к площади, занимаемой машиной (или группой машин) и комплектом производственной мебели к ней ( ):

коэффициент общей площади - отношение общей площади к площади, занимаемой машиной (или группой машин) и комплектом мебели к ней:

усредненный коэффициент , определяющий отношение технологической площади цеха к площади, занимаемой основным оборудованием и мебелью к нему:

Коэффициент больше, чем , за счет помещений, необходимых для ремонтных мастерских, транспортных устройств, хранения полуфабрикатов, оперативных запасов бумаги и т. д. В начальной стадии проектирования с помощью можно укрупненно рассчитать потребные площади цехов , что необходимо для определения строительных объемов здания:

Точный расчет технологических площадей цехов и производственных участков выполняется по формуле

где 1,15 - коэффициент поправки на неучтенные площади (кладовые материалов, цеховые ремонтные мастерские, светлые лаборатории и др.).

Величина , представляющая собой суммарную площадь, занимаемую оборудованием и производственной мебелью, рассчитывается по данным ведомостей оборудования цеха, включающих в себя установочные площади машин .

Нормы площади на оборудование разработаны при условии размещения машин с минимально допустимыми расстояниями между ними и относительно конструктивных элементов здания. Отклонение от норм допускается только в сторону их увеличения в пределах 15-20%.

Далее приведены примеры, иллюстрирующие возможные варианты расстановки оборудования и планировки рабочих мест и производственных участков на основе норм размещения и норм площади на оборудование. Для каждой планировки указаны соответствующие коэффициенты рабочей и общей площади ( и ).

Значения коэффициентов , которые следует принимать для укрупненного расчета площадей цехов и участков, сведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения усредненного коэффициента

№ п/п	Наименование цехов и участков
1	Формное производство офсетной печати Участки компьютерного набора Участки копирования и обработки печатных форм	5,0 5,3
2 3 4	Формное производство глубокой печати Участки гальванопроцессов Участки изготовления формных цилиндров	4,8 5,0
5     6	Офсетная печать Цех листовой печати при преобладании 2-красочных машин при преобладании 4-красочных машин Цех рулонной печати (без учета базы полуфабрикато)	3,6 4,0 3,8 3,2
7     8	Глубокая печать Цех листовой печати: при поперечной расстановке машин при продольной расстановке машин Цех рулонной печати	3,1 5,0 3,8
9 10 11     12   13 14	Брошюровочно-переплетное производство Участок изготовления тетрадей (разрезка, фальцовка) Участок комплектовки и скрепления блоков Участок обработки блоков: на пооперационных станках на автоматичеких линиях Участок изготовления изданий с обложкой: на агрегатах (бесшвейное скрепление, ВШРА) на пооперационных станках Закройный участок Участок изготовления переплетных крышек	4,3 4,7   7,9 3,5   3,4 7,5 6,6 6,0

Нормы площади разработаны для размещения оборудования в многоэтажных зданиях с сеткой колонн (9 + 6 + 9) x 6 м. При размещении печатного, брошюровочно-переплетного и крупногабаритного формного оборудования (пробопечатные станки, установки для изготовления офсетных форм, гальванооборудование формного производства глубокой печати) в зданиях с сеткой колонн 6 x 6 м следует принимать коэффициент увеличения норм площади, равный 1,15. При этом нужно иметь в виду, что некоторые виды крупногабаритного оборудования нельзя установить в здании с такой сеткой колонн.

Для печатного и брошюровочно-переплетного оборудования, которое устанавливается в зданиях с сеткой колонн 12 x 18 м, нормы площади принимают с понижающим коэффициентом 0,9.

При установке оборудования для изготовления печатных форм, имеющего небольшие и средние габариты, в зданиях с другой сеткой колонн (6 x 6 м,12 x 18 м ) показатели норм остаются неизменными.

Площади служебных и бытовых помещений определяются в соответствии с нормами проектирования CHиП "Вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий" и отраслевыми правилами по технике безопасности и промышленной санитарии.

Результаты расчетов площадей используются для предварительной компоновки производственных подразделений предприятия. Окончательно площади цехов и участков уточняются после планировки оборудования и рабочих мест.

5.3.

Планировка производственных подразделений

Планировка цеха представляет собой план расположения производственного, подъемно-транспортного и другого оборудования, производственной мебели, рабочих мест, проездов и проходов.

При разработке проекта планировки должны быть учтены следующие основные требования:

оборудование и рабочие места необходимо размещать в соответствии с последовательностью выполнения операций технологического процесса, контроля и сдачи полуфабрикатов или готовой продукции;

планировка должна обеспечивать удобство и безопасность при работе на машинах и их обслуживании, возможность монтажа, демонтажа и ремонта оборудования, удобство подачи к оборудованию материалов и полуфабрикатов и вывоза продукции, учитывать нормативные требования организации труда на рабочем месте;

планировка должна быть увязана с применяемыми транспортными средствами, предусматривать наиболее короткие транспортные пути, не допускать возвратных перемещений грузов, пересечений грузопотоков между собой и с путями, предназначенными для движения людей;

планировка должна быть гибкой, т.е. обеспечивать возможность перепланировки при замене оборудования, изменении технологии или организации производственного процесса.

В качестве исходных данных для разработки проекта планировки служат следующие материалы: компоновочные планы цехов и ориентировочные площади помещений; ведомости оборудования и производственной мебели; нормы технологического проектирования на размещение оборудования; сведения о необходимости выделения отдельных технологических процессов и оборудования; маршрутные карты производственных процессов в цехах предприятия; сведения о количестве работающих; технологические требования к цеховым условиям.

Работа над планировкой сводится к наиболее рациональному размещению оборудования и рабочих мест на компоновочном плане цеха в соответствии с указанными выше требованиями. Расстояния между рабочими местами и машинами, между ними и ближайшими конструктивными элементами здания (стенами и колоннами), а также ширина проездов и проходов устанавливаются нормами технологического проектирования. Главные проходы должны иметь ширину не менее 1,5 м, а вспомогательные (к отдельным рабочим местам) - не менее 1 м. Проходы и проезды должны быть по возможности прямыми, без резких поворотов. Данные о ширине проездов приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Минимальная ширина проездов (м)

в подразделениях полиграфических предприятий

Направление движения транспорта	Малогабаритные шкафы-тележки шириной до 0,4 м	Ручные тележки шириной до 0,7 м	Ручные тележки шириной до 1м	Электрокары шириной до 1,2 м
Одностороннее	1,0	1,3	1,6	1,8
Двустороннее	1,4	2,0	2,6	3,3

При планировке цеха рекомендуется использовать типовые проекты планировки технологических участков и рабочих мест, разработанные Гипронииполиграфом и др.

В процессе работы над планировкой устанавливаются: окончательное взаимное расположение технологических участков и вспомогательных служб цеха, способы транспортировки материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, места размещения участков контроля, а также хранения полуфабрикатов. Расположение грузовых лифтов в многоэтажных зданиях зависит от схемы производственного процесса и расстановки оборудования. Вблизи них должны выделяться площадки для хранения материалов и полуфабрикатов, транспортируемых с этажа на этаж. Однако в соответствии с противопожарными нормами лифты должны находиться на значительных расстояниях от лестничных клеток, так как скопление грузов у подъемников может затруднить быструю эвакуацию людей в случае пожара.

По данным планировки составляется задание на строительное проектирование и разработку инженерного обеспечения производственного процесса.

Результатом работы над планировкой являются технологические планы, разрезы и рабочие чертежи. Технологический план цеха представляет собой сечение этажа, на котором расположен цех, горизонтальной плоскостью на уровне оконных и дверных проемов. На нем показывают разбивочные оси с маркировкой, стены, перегородки и колонны, основное оборудование и рабочие места, стационарное транспортное оборудование, транспортные маршруты, лифты, лестничные клетки.

Разрезы цеха выполняют по местам установки крупногабаритного оборудования и по трассам сложных транспортных и инженерных сооружений. Рабочие чертежи отличаются от технологических планов тем, что на них показывают все оборудование, производственную мебель и инвентарь, причем указываются необходимые местные отсосы и точки подвода к оборудованию энергоносителей, воды, сжатого воздуха и т.д. Точное расположение каждой единицы оборудования и точек подвода определяют "привязкой", т.е. указанием их расстояний (в продольном и поперечном направлениях) до осей ближайших колонн или капитальных стен.

На основании рабочих чертежей выполняется монтаж технологического и стационарного транспортного оборудования, монтируются магистральные водопроводы, системы канализации, вентиляции, кондиционирования воздуха, местного и общего искусственного освещения, инженерные сети, питающее оборудование, устанавливаются фундаменты и разгрузочные плиты под оборудование, выполняются проемы в стенах и перекрытиях, устанавливаются перегородки и т.д.

Размещение основного и вспомогательного оборудования на площадях цехов и участков, называемое топологией производства, - важный этап проектирования нового и реконструкции существующего производства. На этом этапе происходит формирование материальных связей, на базе которых в дальнейшем проектируют информационные и энергетические потоки. При функционировании действующего производства целесообразно при смене номенклатуры выпускаемой продукции изменить топологию производства, предусматривая дополнительные капитальные затраты, которые в дальнейшем окупятся за счет сокращения затрат на транспортировку, повышение гибкости производства, оперативности управления и т.п.

Задачи формирования системы материальных потоков при синтезе топологии производственной системы требуют значительного времени на их решение. В качестве критерия для оценки оптимальности выполнения синтеза топологии принимают мощность материального потока. Оптимизация по этому критерию позволит сократить количество транспортных средств и транспортных рабочих, повысить мобильность производственной системы, коэффициент использования основного оборудования, уменьшить амортизационные отчисления и эксплуатационные затраты. Критерий мощности грузопотока определяют по формуле

где i= - число наименований изданий (книги, журналы, газеты и др.), = - число операций в производственном процессе изготовления отдельного издания (см. технологическую схему процесса); - масса изданий данного наименования, перемещаемых за год, т; - расстояние между рабочими позициями, на которое перемещаются полуфабрикаты, м.

Так, например, при изготовлении брошюр в обложке произведем расчет коэффициента W при следующих данных:

1. Количество изданий i = 10.

2. Число операций = 6.

3. Тираж - 10 тыс. экз.,

масса 1 экз. - 300 г.

Тогда = 2,5 т - печатные листы, = 0,5 т - обложка.

4. Расстояние между рабочими позициями (м)

= 10, = 12, = 15, = 18, = 15, = 25.

Получаем

W = 10*2,5 + 12*2,5 + 15*2,5 + 18*2,5 + 15*2,5 + 25*3,0 = 25 + 30 + 37,5 + 45,5 +

+ 7,5 + 75 = 145,5 т*м.

Технологическое оборудование должно размещаться в цехах с соблюдением норм технологического проектирования. При проектировании структуры установочных мест следует учесть, что возможны два варианта размещения основного оборудования: линейный и круговой.

Наиболее удобное и распространенное расположение основного оборудования - вдоль транспортной трассы. Поперечное расположение применяют в том случае, когда может быть достигнуто лучшее использование площади или когда при продольном расположении получаются слишком длинные линии. Под углом к транспортной трассе основное оборудование располагают в том случае, когда длина оборудования значительно превышает его ширину, например для печатных машин.

Типовые схемы установочных мест при линейном расположении технологического оборудования (Т.О.) приведены на рис. 5.9.

Оптимальное значение мощности грузопотока достигается при двустороннем расположении оборудования вдоль транспортной трассы (рис. 5.9, а, б). Схемы, приведенные на рис. 5.9, в, г, используют в стесненных условиях, чаще всего при реконструкции производства, а также при применении крупногабаритного оборудования.

При совмещении входа и выхода с участка сокращаются холостые пробеги межоперационного транспорта (рис. 5.9, а, в), и такие схемы используют при незначительных грузопотоках (не более 3 тыс. т/год), при больших грузопотоках используют схемы с раздельными входом и выходом (рис. 5.9, б, г).

При линейном принципе формирования производственного участка задача размещения основного оборудования упрощается, так как его расставляют по ходу технологического процесса изготовления изделий.

Рис. 5.9. Типовые схемы установочных мест

Кольцевое расположение основного оборудования целесообразно для обслуживания пооперационных машин, но создает трудности для использования межоперационного транспорта и инженерных коммуникаций, а также требует больших площадей (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Кольцевая схема расположения оборудования

5.4.

Принципы проектирования производственных цехов и участков

При проектировании цехов и участков важным этапом является выбор принципа их формирования. Выбор зависит от сложности продукции, программы выпуска и режима работы производства. Существует три основных принципа формирования производственных цехов и участков: предметный, технологический и линейный.

С расширением номенклатуры изготавливаемой полиграфической продукции становится целесообразным использовать общность технологических маршрутов и формировать производственные подразделения, используя предметный принцип (например, газетный, печатный, брошюровочный цехи и т.д.). Формирование участков по этому принципу производится в зависимости от конструктивного вида продукции (например, крышкоделательный, отделочный участок и т.д.). Основным преимуществом данного принципа являются короткие материальные потоки и упрощение структуры управления производством.

Технологический принцип формирования производственных подразделений характеризуется выполнением однотипных операций технологического процесса и использованием однотипного оборудования. Этот принцип реализуется путем организации специальных цехов и создания участков в зависимости от вида выполняемой операции (например, формный участок, участок подготовки бумаги и т.д.). К преимуществам данного принципа можно отнести: единство системы управления при выполнении работ, единый уровень требований к качеству полуфабрикатов, упрощение структуры управления.

При последовательном выполнении операций технологического процесса используется линейный принцип организации производства. Обычно он реализуется в виде автоматических поточных линий.

5.5.

Планировка печатного производства

При компоновке печатных цехов необходимо придерживаться правил по технике безопасности и промышленной санитарии, в соответствии с которыми в изолированных помещениях должны размещаться технологические отделения листовых ротационных машин; рулонных книжно-журнальных машин (листовые и рулонные машины в цехах офсетной и глубокой печати можно устанавливать в одном помещении); лакировальных машин; колористическое отделение, а также помещение для хранения валиков; кладовая; помещение для хранения и подготовки растворителей и красок глубокой печати.

Листовые и рулонные машины партерного типа при размещении производства в многоэтажном здании могут устанавливаться на межэтажных перекрытиях. Газетные агрегаты, как правило, устанавливаются на специально сооружаемые фундаменты, которые передают нагрузку непосредственно на грунт. Машины балконного типа, у которых печатные секции и рулонные установки находятся на разных этажах, размещают таким образом, чтобы печатные секции и фальцаппараты были установлены на межэтажном перекрытии над нижним этажом, а бумагоподающие устройства - в нижнем этаже на грунтовом фундаменте.

Расстановка печатных машин определяется характером здания, схемой грузопотоков, габаритами оборудования, необходимостью рациональной организации рабочего места. При расстановке машин следует ориентироваться на нормы, приведенные в табл. 5.3.

Наименование оборудования	Минимальное расстояние, м
	между машинами			между машинами и стенами или колоннами
	в рабочей зоне	при наличии смежных рабочих зон	в нерабочей зоне	в рабочей зоне	в нерабочей зоне
1. Ротационные машины офсетной печати: листовые рулонные	2,0 2,2	2,4 3,0	1,2 1,2	1,6 1,8	0,8 1,0
2. Ротационные машины глубокой и флексографской печати листовые рулонные	2,0 2,2	2,5 3,0	1,2 1,2	1,6 1,8	1,0 1,2

Около печатных машин должны быть предусмотрены площади для установки стеллажей с бумагой и оттисками, которые требуют дополнительных прогонов (рис. 5.11).

Преимущества организации книжного производства по системе сквозного потока заключаются главным образом в значительном сокращении времени прохождения изданий в производстве в связи с отсутствием межоперационного прослеживания полуфабрикатов. Кроме того, появляется возможность более рационального использования производственных площадей. При существующей организации производства только после начала печатания последних листов могут быть сделаны сигнальные экземпляры с последующим изготовлением тиража. Такая система вызывает необходимость проектировать специальные, значительные по площади накопители полуфабрикатов, которые рассчитываются на хранение всех листов одновременно печатающихся n изданий:

где S - площадь помещения для хранения печатных полуфабрикатов, ; V - объемы одновременно печатающихся изданий, физ. печ. л.; - тиражи изданий, тыс. экз.; - коэффициент технических отходов в брошюровочно-переплетном производстве; - масса 1000 листов бумаги, на которой печатается i-е издание, кг; - норма площади для хранения 1 т груза с учетом проходов и проездов (2,0-3,0 ).

Рис. 5.11. Печатный цех:

1 - печатная машина Speedmaster 102-4; 2 - печатная машина Rapida 130P; 3 - печатная машина ПОК-75; 4 - печатная машина 2ПОК-84; 5 - шкаф для материалов; 6 - электрошкаф; 7 - бак для масла; 8 - автосмеситель для увлажняющего раствора; 9 - электрошкаф к рулонной установке; 10 - рулоны бумаги; 11 - станок для загибания краев печатной формы; 12 - стол печатника; 13 - пульт управления; 14 - приемный стол; 15 - стол для просмотра оттисков; 16 - поддоны для продукции; 17 - поддоны с листовой бумагой; 18 - приемно-прессующее устройство

Этот расчет выполняется исходя из условия, что после начала печатания новых изданий ранее отпечатанные передаются из накопителя в брошюровочно-переплетный цех.

При организации печатного производства по системе сквозного потока площадь накопителя рассчитывается на продолжительность хранения, которая определяется длительностью технологической выдержки отпечатанных тетрадей листов, а также временем подготовки сложных тетрадей:

где N - количество машин, одновременно печатающих все листы издания; n - часовая выработка машины, тыс. тетрадей или бумажных листов; t - продолжительность хранения, ч; e - емкость одного устройства для хранения (стеллажа, поддона), тыс. тетрадей или бумажных листов; a - норма площади на установку одного устройства для хранения с учетом проходов и проездов (2,0-2,5 ).

В соответствии с нормами техники безопасности и промышленной санитарии машины должны устанавливаться так, чтобы было обеспечено оптимальное освещение основной рабочей зоны (приемного устройства). При размещении производства в многоэтажном корпусе шириной 18 или 24 м это требование выполняется наилучшим образом, если печатное отделение располагается в двухсветном зале, а машины устанавливаются в два ряда, между которыми имеется центральный проезд шириной 3-3,5 м. Наиболее рациональной с точки зрения использования площади является установка машин поперек корпуса. Однако возможность для такой расстановки имеется не всегда, так как она зависит от соотношения сетки колонн и габаритных размеров печатного оборудования. Ширину корпуса d, необходимую для двухрядовой поперечной установки машин, можно определить следующим образом:

d = + + 2a + b,

где , - максимальная длина машин, устанавливаемых в первом и втором рядах соответственно, м; a - расстояние от наружной стены до приемного устройства машины, м; b - ширина центрального проезда, м.

Технологические требования к инженерному обеспечению печатного производства. Работа в печатных цехах связана с контролем печатной продукции как на рабочих местах, так и на специальных участках. Поэтому организации оптимального освещения в цехе придается очень большое значение. Система освещения, как правило, комбинированная, причем местные светильники предусматриваются для освещения формных цилиндров, фальцаппаратов, приемных устройств, столов для просмотра и контроля оттисков. На рабочих местах, где проверяются цветные оттиски, следует применять люминесцентные лампы с улучшенной спектральной характеристикой.

Производственные процессы офсетной и высокой печати характеризуются сравнительно небольшой вредностью (бумажная и красочная пыль, пары смывочных веществ) и выделениями избыточного тепла. Во всех помещениях этих цехов проектируется общеобменная вентиляция.

В цехах глубокой и флексографской печати, где применяются краски на летучих растворах, кроме общеобменной вентиляции устраивают местные отсосы от печатных секций и сушильных устройств печатных машин. Воздух, загрязненный парами растворителей, перед выбросом в атмосферу должен пропускаться через рекуперационные установки.

Для обеспечения постоянного влагосодержания бумаги, предотвращения ее электризации, улучшения условий закрепления краски на оттисках рекомендуется применять кондиционирование воздуха, особенно при изготовлении многокрасочной продукции. Кондиционеры должны обеспечивать возможность ручного или автоматического регулирования температуры и влажности воздуха в зависимости от времени года и географического местоположения полиграфического предприятия.

5.6.

Планировка брошюровочно-переплетного производства

Исходными данными для разработки проекта планировки служат принятая структура производства, маршрутные карты производственного процесса, результаты расчетов оборудования и производственных площадей.

В соответствии с отраслевыми нормами в изолированных помещениях следует располагать следующие производственные и вспомогательные подразделения: разрезки и фальцовки отпечатанных листов; хранения сфальцованных тетрадей; раскроя переплетных материалов; изготовления переплетных крышек; тиснения и печати на крышках; изготовления клеев; помещение для генераторов высокочастотных установок; ремонтную мастерскую; кладовую.

На небольших предприятиях мелкосерийного производства участки раскроя материалов, фальцовки, изготовления крышек можно размещать в одном помещении с другими технологическими подразделениями.

Компоновка брошюровочно-переплетного производства выполняется с учетом удобства его связей с печатными цехами и складом готовой продукции; она должна обеспечивать производственный процесс, рациональную схему грузопотоков и возможность использования наиболее простых, достаточно емких и надежных транспортных средств.

В соответствии с проектируемой формой организации производственного процесса оборудование может располагаться одним из двух описанных ранее способов: группами однотипных машин или по ходу технологического процесса в порядке очередности выполнения операций.

При групповой планировке можно изготавливать издания с любым технологическим маршрутом, что позволяет более полно загружать оборудование, обеспечить его взаимозаменяемость, маневрировать рабочей силой. В то же время такая планировка приводит к организационной раздробленности производственного процесса, удлинению и усложнению транспортных путей, увеличению длительности производственного цикла. Технологические подразделения по групповому, технологическому, принципу формируются в мелкосерийном производстве, где из-за часто меняющихся технических показателей изданий изменяются и технологические схемы их изготовления.

При формировании производственных подразделений по предметному принципу оборудование размещается последовательно по ходу технологического процесса. В результате создаются благоприятные условия для внедрения поточных методов работы, между рабочими местами создаются более тесные взаимосвязи, хотя не всегда обеспечивается полная загрузка оборудования. При проектировании поточного производства оборудование, не включенное в состав поточной линии, может расстанавливаться по групповому принципу, например участки форзацприклеечных автоматов, ниткошвейных машин и т.д.

Расстановку оборудования и организацию рабочих мест наиболее целесообразно выполнять, руководствуясь типовыми планировками технологических участков и поточных линий брошюровочно-переплетного производства, разработанными Гипронииполиграфом. В случае необходимости следует предусматривать площади для меж-операционного хранения полуфабрикатов.

Для перемещения полуфабрикатов в процессе производства используются ленточные и пластинчатые транспортеры, рольганги, подвесные и люлечные конвейеры, вертикальные элеваторы, электротележки с подъемными платформами и другие подвижные средства.

При расстановке оборудования следует руководствоваться нормами, приведенными в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Нормы, рекомендуемые при расстановке брошюровочно-переплетного оборудования

Наименование оборудования	Минимальное расстояние, м
	между машинами			между машинами и стенами или колоннами
	в рабочей зоне	при наличии смежных рабочих зон	в нерабочей зоне	в рабочей зоне	в нерабочей зоне
1. Фальцмашины: малоформатные среднего формата большого формата (двухтетрадные)	1,2 1,5 1,8	1,2 1,5 1,8	0,6 1,2 1,2	1,0 1,2 1,5	0,5 0,6 0,6
2. Одноножевые бумагорезательные машины	2,0	Не допускается	1,2	1,5	0,6
3. Приклеечные автоматы	1,2	2,6	0,8	1,0	0,6
4. Листоподборочные машины	1,0	1,5	1,0	1,0	1,0
5. Ниткошвейные машины и автоматы	1,2	-	0,8	-	-
6. Трехножевые резальные машины	1,5	-	-	1,5	0,6
7. Позолотные прессы	1,5	-	-	-	0,6
8. Вкладочно-швейно-резальные агрегаты	1,2	-	1,2	1,2	1,2

Расстояния между механизированными и автоматическими линиями и другим оборудованием должны обеспечивать установку платформ с полуфабрикатами и свободный проезд электротележек.

Планировка поточных линий может быть различной, она зависит от числа машин (рабочих мест), входящих в линию, применяемых транспортных средств, конфигурации площади участка.

Наиболее целесообразной является конфигурация линии с последовательным (прямолинейным) расположением оборудования. При таком построении линии для ее установки требуются наименьшие производственные площади и наиболее экономичный набор транспортно-передающих устройств.

Примеры планировки технологических участков и расположения оборудования приведены на рис. 5.12-5.18.

Рис. 5.12. Планировка оборудования на участке подготовки сложных тетрадей ( = 3,0; = 5,5): 1 - приклеечный автомат БПА; 2 - стол-угольник; 3 - паковально-вязальный станок; 4 - фура для форзацев

Рис. 5.13. Планировка участка комплектовки книжных блоков ( = 2,2; = 3,6):

1 - 24-секционная листоподборочная машина мод. 881/24; 2 - стол к машине;

3 - паковально-обжимной пресс; 4 - поддон для продукции; 5 - транспортер

Рис. 5.14. Планировка участка шитья книжных блоков ( = 3,4; = 4,5): 1 - ниткошвейный автомат GMS7 (Япония); 2 - стол-угольник; 3 - транспортер

Рис. 5.15. Планировка оборудования на участках изготовления переплетных крышек:

I - = 3,4; = 5,1: 1 - крышкоделательная машина DA-240; 2 - электрошкаф; 3 - стол; 4 - фура для крышек; II - = 3,4; = 5,5: 1 - машина для изготовления штуковок; 2 - полуавтомат для крытья штуковок обложками; 3 - стол; 4 - фура

Рис. 5.16. Планировка оборудования на участке отделки переплетных крышек ( = 32; = 4,1): 1 - автоматический позолотный пресс GEBA 7D; 2 - рабочий стол; 3 - фура для крышек

Рис. 5.17. Планировка оборудования на участках изготовления изданий в обложке: I - участок изготовления изданий, скомплектованных вкладкой ( = 1,7; = 2,7): 1 - вкладно-швейно-резальный агрегат мод. HSB 5000; 2 - электрошкаф; 3 - компрессор; 4 - рабочий стол; 5 - пачковязательная машина; 6 - поддон; II - участок изготовления изданий, скомплектованных подборкой ( = 1,8; = 3,1): 1 - агрегат бесшвейного скрепления "Ротор-биндер"; 2 - пульт управления; 3 - электрошкаф; 4 - компрессор; 5 - стол-угольник; 6 - поддон

Рис. 5.18. Планировка поточной линии для изготовления книг в переплете, оборудованной пооперационными станками ( = 4,8; = 7,2):

1 - трехножевая резальная машина; 2 - стол-шкаф; 3 - станок для кругления корешков книжных блоков; 4 - транспортер; 5 - встроенный стол для брошюровочных работ; 6 - стол для ручной вставки; 7 - обжимной пневматический пресс; 8 - каретки к прессу; 9 - штриховальный станок; 10 - транспортер; 11 - стол для контроля готовой продукции; 12 - стол для упаковки книг; 13 - пачковязальная машина; 14 - фуры для блоков, крышек и готовых книг

Технологические требования к инженерному обеспечению брошюровочно-переплетного производства. Условия производства на большинстве участков характеризуются сравнительно небольшой вредностью, которая обусловливается в основном бумажной пылью и выделением избыточного тепла.

Повышенным выделением вредностей сопровождаются процессы тиснения на переплетных крышках, их очистки от фольги и приготовления клеев, осуществляемые в изолированных помещениях. Во всех подразделениях проектируется общеобменная вентиляция, а для процессов, которым сопутствуют вредные выделения, предусматриваются местные отсосы от оборудования и рабочих мест. Кроме того, одноножевые и трехсторонние резальные машины, вкладочно-швейно-резальные и блокообрабатывающие агрегаты, машины и агрегаты бесшвейного скрепления снабжаются пневмотранспортными устройствами для удаления бумажных обрезков. Для подачи сжатого воздуха к паковальным и обжимным прессам используются индивидуальные компрессоры или централизованные установки - компрессорные станции.

5.7.

Планировка допечатного производства

5.7.1.

Планировка производства фотоформ

Компоновка площадей должна выполняться с учетом технологической последовательности операций процесса набора и удобства связи с заводоуправлением и цехами изготовления форм.

Технологические участки следует размещать в изолированных помещениях. Это диктуется как особенностями производственного процесса, так и требованиями охраны труда.

При небольшом объеме набора оборудование и производственная мебель, необходимые для выполнения всех технологических операций, могут размещаться одной компактной группой.

На основе предварительного компоновочного плана выполняется планировка оборудования и рабочих мест в соответствии с разработанной технологией и уточняются площади подразделений (рис. 5.19-5.21).

Площади, занимаемые корректорскими, комнатами для выпускающих, проектируются из расчета 3,25 на одного человека в наиболее загруженную смену.

Рис. 5.19. Планировка участка программирования набора ( = 6,9; = 8,6):

1 - компьютер; 2,4 - стол; 3 - шкаф; 5 - стойка для CD;

6 - несгораемый шкаф; 7 - устройство для получения корректурных оттисков

Рис. 5.20. Планировка участка проявочных машин ( = 6,0; = 6,8):

1 - установка для обработки фотопленки; 2 - стол рабочий; 3 - устройство для разрезки рулонной фотопленки; 4 - шкаф для хранения фотоматериалов; 5 - контактно-копировальный станок; 6 - шкаф; 7 - фотовыводное устройство; 8 - ящик; 9 - установка для обработки фотобумаги; 10 - стол конторский; 11 - шкаф

Рис. 5.21. Планировка участка верстки-монтажа фотоформ ( = 3,6; = 3,9):

1 - монтажный стол; 2 - стол конторский; 3 - шкаф для хранения пленки; 4 - шкаф несгораемый для хранения документов

5.7.2.

Помещения для работы на ПК и расположение рабочих мест

1. Рабочие места с ПК целесообразно располагать в помещениях с естественным светом при ориентации окон на север или северо-восток.

2. Рекомендуется располагать рабочие места с ПК таким образом, чтобы естественный свет падал сбоку, желательно слева.

3. Рабочие места с ПК нельзя располагать в подвальных помещениях и помещениях без естественного света. В отдельных случаях, при производственной необходимости, по согласованию с органами санитарного надзора допускается использование помещений без естественного освещения.

4. Площадь помещения определяется количеством рабочих мест с ПК исходя из расчета на одно рабочее место не менее 6 .

5. Высота помещения должна быть не менее 3,3 м (объем на одно рабочее место - не менее 20,0 ).

6. Помещения для выполнения основной работы с ПК не должны быть расположены рядом (смежно) с производственными помещениями с повышенным уровнем шума (мастерские, механические цехи и т.п.).

7. Для хранения дисков, дискет, комплектующих деталей, запасных блоков ПК, инструментов и т.п. используется подсобное помещение. При его отсутствии допускается хранение указанного оборудования в шкафах, сейфах, на стеллажах в общем помещении без уменьшения площади и объемов, необходимых для размещения рабочих мест.

8. Выполнение ремонтно-наладочных работ проводится в отдельном помещении.

9. Для отделки интерьера помещений используются материалы пастельных тонов с матовой фактурой.

10. Покрытие пола выполняется из гладких, нескользящих материалов, обладающих антистатическими свойствами.

11. Все материалы, используемые для отделки помещений, должны отвечать гигиеническим требованиям, должны быть разрешены к применению органами и учреждениями санитарно-эпидемиологического надзора.

12. Помещения для работы с ПК оборудуются системами отопления, приточно-вытяжной вентиляции или кондиционирования воздуха.

13. В помещении находится аптечка первой медицинской помощи.

5.7.3.

Требования к помещениям для эксплуатации ВДТ и ПЭВМ

1. Помещения с ВДТ и ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение.

2. Естественное освещение должно осуществляться через свето-проемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5% на остальной территории.

Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе.

Расчет КЕО для других поясов светового климата проводится по общепринятой методике согласно СНиП "Естественное и искусственное освещение".

3. Расположение рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ для взрослых пользователей в подвальных помещениях не допускается. Размещение рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ во всех учебных заведениях и дошкольных учреждениях не допускается в цокольных и подвальных помещениях.

В случае производственной необходимости эксплуатация ВДТ и ПЭВМ в помещениях без естественного освещения может проводиться только по согласованию с органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

4. Площадь на одно рабочее место с ВДТ и ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6,0 , а объем - не менее 20,0 .

5.7.4.

Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ

1. Рабочие места с ВДТ и ПЭВМ по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

2. Схемы размещения рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ должны учитывать расстояния между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора), которое должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

3. Рабочие места с ВДТ и ПЭВМ в залах электронно-вычислительных машин или в помещениях с источниками вредных производственных факторов должны размещаться в изолированных кабинах с организованным воздухообменом.

4. Оконные проемы в помещениях с ВДТ и ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

5. Рабочие места с ВДТ и ПЭВМ при выполнении творческой работы, требующей значительного умственного напряжения или высокой концентрации внимания, следует изолировать друг от друга перегородками высотой 1,5-2,0 м.

6. Шкафы, сейфы, стеллажи для хранения дисков, дискет, комплектующих деталей, запасных блоков ВДТ и ПЭВМ, инструментов следует располагать в подсобных помещениях.

При отсутствии подсобных помещений допускается размещение шкафов, сейфов и стеллажей в помещениях непосредственного использования ВДТ и ПВМ при соблюдении требований к площади помещений и требований, изложенных в настоящем разделе.

7. В подсобных помещениях должны размещаться рабочий стол и радиомонтажный стол, оборудованный местным отсосом на телескопическом воздуховоде с шарнирным соединением, позволяющим устанавливать воздухоприемник в нужном положении, с исходной скоростью 5-6 м/с во всасывающей плоскости.

8. При конструировании оборудования и организации рабочего места пользователя ВДТ и ПЭВМ следует обеспечить соответствие конструкции всех элементов рабочего места и их взаимного расположения эргономическим требованиям с учетом характера выполняемой пользователем деятельности, комплексности технических средств, форм организации труда и основного рабочего положения пользователя.

9. Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей (размер ВДТ и ПЭВМ, клавиатуры, пюпитра и др.), характера выполняемой работы. При этом допускается использование рабочих столов различных конструкций, отвечающих современным требованиям эргономики.

При нормировании ЭМП (электромагнитный поток), как и других факторов окружающей среды, оценочным критерием их действия на организм служат не патологические, а функциональные изменения, при этом в качестве допустимого уровня ЭМП принимают подпороговые величины, которые не вызывают компенсаторного напряжения функциональных систем организма.

Схема расположения рабочих мест относительно светопроемов

5.7.5.

Планировка производства офсетных печатных форм

Формное офсетное производство следует размещать в здании таким образом, чтобы оно имело удобные связи с репротехническим производством и офсетным печатным цехом. Взаимное расположение технологических отделений и участков должно обеспечивать прямоточность производственного процесса и возможность создания постоянных метеорологических условий в тех помещениях, где это необходимо (см. рис. 5.3).

Подразделения формного производства рекомендуется располагать в изолированных помещениях в связи с тем, что осуществляющиеся в них частичные процессы различаются технологическими режимами и условиями труда. При небольшом объеме производства процессы копирования и обработки форм могут выполняться в одном помещении.

Поскольку одними из важнейших условий нормализации процесса изготовления офсетных форм являются параметры воздушной среды, необходимо проектирование микроклимата во всех рабочих помещениях, кроме участка гальванопроцессов. Рекомендуются следующие оптимальные параметры постоянного микроклимата: температура 18-20 С в теплое время года, 21-23 С в холодное время года, относительная влажность воздуха 40-60 %.

В качестве источников света для копировальных рам и копировально-множительных машин широкое применение находят люминесцентные и особенно металлогалогенные лампы, максимум излучения которых находится в ультрафиолетовой зоне спектра. Образующийся при работе таких ламп озон следует удалять из помещения с помощью приточно-вытяжной вентиляции. Копировальные рамы рекомендуется устанавливать так, чтобы свободная зона со стороны их обслуживания составляла не менее 1,2 м, а остальных сторон - 0,6-1,0 м.

В отделении изготовления офсетных форм кроме основного оборудования, входящего в механизированные поточные линии, должны быть установлены столы и раковины-мойки для выполнения ручных операций, а также стеллажи для хранения пластин и готовых печатных форм.

Установки для обработки офсетных форм следует размещать так, чтобы они отстояли от других машин или конструктивных элементов здания в рабочей зоне не менее чем на 1,5 м, в нерабочей зоне - 1,0-1,2 м. Расстояние между установками при наличии двух смежных рабочих зон - 2,5 м.

Состав, планировка и основное оборудование лаборатории

6.

Подсобно-производственные цехи и службы предприятия

К подсобно-производственным цехам и службам предприятия относятся: производственная лаборатория; складское хозяйство предприятия; ремонтно-механические цехи (участки).

6.1.

Производственная лаборатория

Работа лабораторий на предприятиях осуществляется в следующих направлениях: контроль и анализ основных поступающих в производство материалов с целью определения их соответствия техническим условиям и ГОСТам; систематический контроль за соблюдением режима технологических процессов, определенных действующими технологическими инструкциями; контроль за работой вспомогательных подразделений предприятия (колористического, клееварки и т.п.); наблюдение за хранением и подготовкой материалов и сырья до их поступления в производство; подготовка рабочих растворов и реактивов для производственных целей; внедрение новой прогрессивной технологии, аппаратуры и приборов.

Состав лаборатории определяется поставленными задачами. Он зависит от объема производства, количества и характера поступающих материалов и других условий. Как правило, на крупных предприятиях лаборатория проектируется в следующем составе: химико-аналитическое отделение; участок контроля материалов (в ней могут быть организованы отдельные группы для контроля бумаги, краски, фотографических и формных материалов, переплетных материалов); весовая и приборная.

Возможна организация и других групп или отделений, обусловленных состоянием развития техники и технологии производства, в частности электронной техники, и т.п.

Состав лаборатории для предприятий средней мощности, ее основное оборудование и производственная мебель приведены на рисунке.

При организации в лаборатории исследовательских работ в ее составе проектируются технологические участки, оснащаемые необходимыми технологическим оборудованием и приборами.

Состав, планировка и основное оборудование лаборатории:

I - препараторская: 1 - стол лабораторный; 2 - бачки для растворов; 3 - раковина; 4 - рабочий стол; 5 - шкаф для посуды; 6 - стол с перегонным кубом; II - химико-аналитическая группа: 7 - шкаф для материалов; 8 - вытяжной шкаф; 9 - стол для титрования; 10 - стол для электролиза; 11 - конторский стол; 12 - сушильный шкаф; 13 - муфельная печь; 14 - суховоздушный термостат

6.2.

Складское хозяйство предприятия

Складское хозяйство полиграфических предприятий проектируется в соответствии с отраслевыми нормами технологического проектирования ОНТП-3- 80, разработанными Гипронииполиграфом.

По классификации, приведенной в нормах, складские помещения делятся на следующие группы: склад бумаги и картона; склад (база) полуфабрикатов; склад готовой продукции; склад материалов; склад горючесмазочных и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ).

Склад бумаги и картона организуется в следующем составе:

1. Базисный склад бумаги и картона, в который входят: участок приема бумаги, отделение хранения рулонной бумаги, отделение хранения листовой бумаги и картона, участок отпуска бумаги.

2. Отделение подготовки бумаги и картона к производству, в котором проводятся следующие работы: разрезка рулонной бумаги на листы; разрезка картона на полосы и сторонки; подрезка листовой бумаги и ее разрезка на нужный формат; сортировка, обработка бумаги и ее счет; хранение подготовленной бумаги; акклиматизация.

Для акклиматизации бумаги проектируют специальные устройства с подачей бумаги на движущемся транспортере. В процессе движения ее следует обдувать, что ускоряет процесс акклиматизации. Микроклимат в камере должен регулироваться в зависимости от состояния акклиматизируемой бумаги. На предприятиях с небольшой потребностью акклиматизированной бумаги допускается ее акклиматизация в помещениях печатных цехов на движущемся цепном транспортере и с обдувом помещения цеха воздухом. Следует иметь в виду, что при этом с бумаги сдувается пыль из-за слабого воздухообмена между листами бумаги. Поэтому располагать движущийся цепной транспортер следует на максимально возможном удалении от машин многокрасочной печати.

При складе бумаги проектируются участок обработки отходов и прессовая. На участке обработки отходов остатки бумаги на втулках разматываются и подрезаются рваные края с целью ее последующего использования для печатания бланочной продукции, изготовления товаров массового потребления и культурно-бытового назначения. В прессовую поступают обрезки бумаги из брошюровочно-переплетных цехов, макулатура из печатных цехов и отходы бумаги с участка обработки при складе.

Склады (базы) полуфабрикатов. Основными полуфабрикатами межоперационного хранения являются: отпечатанные листы; сфальцованные тетради; переплетные крышки.

Склад готовой продукции предназначен для хранения упакованной продукции и отправки ее по назначению. Площадь склада определяется из условий единовременного хранения десятидневной выработки производства, а также предусматривает необходимую оперативную площадь для приема продукции и ее отправки.

Склад материалов. Состав склада организуется в соответствии с ассортиментом сырья и материалов, подлежащих хранению.

Помещения для хранения материалов предусматриваются внутри предприятия и на территории застройки. Внутри предприятия хранятся все материалы, за исключением горючесмазочных (ГСМ) и больших запасов кислот. Склад ГСМ проектируется по специальным нормам.

Площади для хранения сырья и материалов зависят от следующих факторов: высоты помещений склада от пола до низа конструкции перекрытия вышележащего этажа; способа укладки груза; высоты складирования груза в помещении склада; высоты штабеля на поддоне или другом приспособлении; механизации складских работ; количества ярусов установки поддонов или других приспособлений, на которые укладывается груз. Нормы составлены для высоты помещений склада от пола нижнего этажа до пола следующего этажа 4,8; 5,4; 6,0; 7,2 м.

Возможно определение площади склада материалов в процентах от производственной площади предприятия. По типу предприятий она ориентировочно составляет:

книжное предприятие: крупносерийное - 6%, серийное - 5%, мелкосерийное - 3,5%;

газетно-книжно-журнальное предприятие: крупносерийное - 7%, серийное - 6%, мелкосерийное - 3,5%.

В правилах по технике безопасности и промышленной санитарии на предприятиях полиграфической промышленности приведен перечень складских помещений, в которых должны размещаться отдельные материалы.

При проектировании складов необходимо, кроме общей площади, обеспечивать достаточный фронт для бесперебойной разгрузки (погрузки) грузов.

Величина потребного разгрузочного (погрузочного) фронта при автомобильном транспорте определяется по формуле

где - количество одновременно разгружаемых (загружаемых) автотранспортных средств; l - длина транспортной единицы, м; - расстояние между транспортными единицами при установке под разгрузку (погрузку) = 1-2,5 м.

Величина рассчитывается по формуле

где Q - количество груза, прибывающего на склад в смену; - грузоподъемность автомобиля, т; - время разгрузки одного автомобиля, ч; Т - продолжительность смены, мин; - коэффициент неравномерности работы транспортера, = 1,1-1,2.

Расчетное значение округляется в большую сторону до целого числа.

Принципы построения и структура складской системы. Складская система предназначена для своевременного снабжения основного оборудования полуфабрикатами в подготовленном для транспортировки виде и хранения готовых изделий.

Производственный процесс начинается и заканчивается на складах, причем склад выполняет роль демпфирующего элемента при нестабильных дискретных входных и выходных грузопотоках. На складах происходит преобразование грузопотоков с целью обеспечения запланированного хода производства. Количественные, геометрические и временные параметры входящих и выходящих грузопотоков могут быть детерминированными, что характерно для поточного производства, или носить случайный характер, типичный для непоточного производства.

Характерным для непоточного производства является значительная длительность складирования, которая достигает 70-90% от всего цикла производства. Это объясняется необходимостью создания запасов полуфабрикатов в производстве с целью компенсации неравномерности и дискретности поступления полуфабрикатов в цех, колебаний выполнения операций производственного процесса, отказов оборудования и других случайных факторов.

Таким образом, цель создания и функционирования складской системы заключается в том, чтобы принимать с транспортной системы грузопоток с одними параметрами, перерабатывать и выдавать его на транспортную систему с другими параметрами, и выполнять это преобразование с минимальными приведенными затратами при сохранении качества.

Классификацию складских систем осуществляют следующим образом:

по организационной структуре: децентрализованная, централизованная и комбинированная;

по функциональному назначению: цеховой склад, склад на производственном участке, накопитель у технологического оборудования;

по виду хранящегося груза: склад заготовок, межоперационный склад, склад комплектующих изделий, склад технологической продукции;

по технологии работ: комплектовочные и склады, предназначенные для хранения грузов, поступающих в таре;

по способу складирования: штабельные и стеллажные;

по высоте хранения: низкие (до 5 м), средние (5-8 м), высотные (свыше 8 м);

по комплектовке склада по отношению к приемно-сдаточным секциям: прямоточные и тупиковые.

Децентрализованная складская система предусматривает хранение полуфабрикатов и технологической оснастки непосредственно на складах, расположенных на производственных участках. Такие системы чаще всего используют в производственных системах, построенных по предметному принципу.

Централизованная складская система представляет собой единый материальный склад, с которого полуфабрикаты поступают непосредственно на основное оборудование без промежуточного хранения на производственном участке. Такую систему используют преимущественно при незначительных сроках и объемах хранения полуфабрикатов.

Комбинированная складская система состоит из центрального цехового склада и складов на производственных участках. Такие системы чаще всего применяют при технологическом принципе построения производства, так как они обладают значительной гибкостью и вместимостью складирующих устройств.

Принцип построения складской системы выбирают, исходя из экономических соображений, а проектирование ее выполняют с учетом расположения накопителей на производственных участках, годового грузопотока в цехах, нормативного запаса грузов, общего числа наименований грузов, одновременно хранящихся на складе, и числа групп подобных грузов в номенклатуре. При проектировании складской системы следует предусматривать использование автоматизированных кранов - штабелеров, высотных стеллажей, унифицированной тары, специальных погрузчиков.

Технологический процесс складирования состоит из следующих этапов: приемки грузов, размещения и хранения их, отпуска со склада.

В процессе приемки грузов в производственных цехах осуществляются следующие основные операции: разгрузка на приемную площадку; проверка соответствия фактически поступивших грузов по наименованию и количеству; проверка качества грузов; подготовка транспортной партии (укладка в поддоны, в кассеты и т.п.); перемещение грузов в отделение консервации (при необходимости); введение сведений о поступивших грузах в ЭВМ.

В процессе размещения и организации хранения грузов выполняются следующие технологические операции: определение свободных мест хранения; перемещение транспортной партии к соответствующей ячейке на складе; укладка на постоянные места хранения; хранение; введение информации в ЭВМ о нахождении каждого груза.

Отпуск грузов включает в себя следующие операции: поиск требуемого груза и удаление его из ячейки склада; перемещение грузов соответствующих наименований в рабочую зону; перемещение грузов на участки; перемещение грузов и хранение их в приемно-сдаточной секции склада; погрузку на транспортную систему; выдачу информации о готовности к транспортировке соответствующего груза.

При разработке технологических процессов складирования следует предусматривать возможность совмещения ряда операций во времени (например, при подготовке транспортной партии могут одновременно осуществляться укладка в ячейки стеллажа, перемещение грузов в приемно-сдаточную секцию), а также сокращения числа операций в соответствии с конкретными производственными условиями.

В общем случае складская система с учетом технологического процесса выполнения складских работ имеет следующую структуру: склады в цехе и на участках для хранения полуфабрикатов, готовых изделий и материалов, накопители у основного оборудования.

Расчет основных параметров складов. Процесс проектирования складов включает одну стадию (рабочий проект) или две стадии (проект и рабочая документация). Рабочий проект склада выполняют обычно в два этапа. На первом этапе определяют техническую возможность и экономическую целесообразность основных технологических, конструктивных и объемно-планировочных решений складской системы, на втором разрабатывают рабочие чертежи склада. Расчет основных параметров складской системы начинают с выбора нормы запаса хранения.

Общие размеры производственного запаса слагаются из следующих составляющих:

текущего запаса;

подготовительного запаса;

гарантийного (страхового) запаса.

Текущий запас должен обеспечивать бесперебойную работу полиграфического производства в период между неритмичными поставками (например, бумаги). Подготовительный предназначен для удовлетворения потребности производства в период приемки, разгрузки и лабораторного анализа материалов. Гарантийный (страховой) создают для компенсации возможных перебоев в доставке материалов в случае неритмичной работы транспорта и нарушения договорных сроков отгрузки материалов.

Общая величина производственного запаса Р определяется по формуле

,

где q - средний суточный расход материалов (пластин, бумаги, краски и т.д.); - интервал между двумя смежными поставками; - период приемки, разгрузки и лабораторного анализа материалов; - число дней работы, на которое рассчитывается страховой запас.

Величину q при отсутствии календарных графиков определяют по формуле

где Q - общая потребность в данном материале; Т - число дней потребления материалов; - коэффициент неравномерности потребления материалов в течение расчетного периода; - коэффициент неравномерности поступления материалов.

Зная норму запаса хранения в днях, определяют запас хранения соответствующей группы грузов (т) по формуле

где Q - годовое поступление груза соответствующего наименования, т/год; - норма запаса хранения, дни.

При выборе основных параметров складской системы необходимо учитывать характеристики грузов - габаритные размеры, геометрическую форму, массу, подверженность повреждениям, необходимость пространственной ориентации при хранении и перемещении, а также строительные характеристики здания. В зависимости от перечисленных характеристик определяют тип, количество и параметры складского оборудования в соответствии с технологическим процессом переработки грузов, количеством перерабатываемого груза и периодичностью его поступления и отправления.

Выбор типа и параметров производственной тары является одним из первых этапов проектирования складской системы, так как посредством тары увязывается между собой номенклатура грузов, определяются интенсивность грузопотоков, условия транспортировки, а также основные параметры самой складской системы. К производственной таре относят поддоны, контейнеры и специальную тару. При выборе или конструировании производственной тары следует стремиться к ее унификации (по габаритным размерам и направляющим элементам, используемым при транспортировке).

Увязка тары с внешними и внутренними грузопотоками должна выполняться посредством оптимального заполнения транспортных средств, т.е. за счет увеличения объема транспортной партии и обеспечения бесперевалочного процесса транспортировки и складирования грузов. Увеличение транспортной партии может быть достигнуто путем компактного размещения грузов в производственной таре, а также с помощью контейнерной перевозки грузов.

Потребное число единиц производственной тары на складе рассчитывают по формуле

где - величина запаса хранения груза соответствующего наименованиям, т; - средняя грузовместимость выбранного типа, т.

6.3.

Ремонтно-механические цехи

Назначение ремонтно-механических цехов - поддержание в рабочем состоянии технологического и транспортного оборудования, производственного здания, инженерных сооружений и сетей предприятия, производственной мебели и инвентаря.

Самой трудоемкой работой в ремонтно-механических цехах является поддержание в надлежащем состоянии технологического и другого оборудования, в связи с чем наиболее крупными являются слесарно-станочные отделения.

Ремонтные цехи могут быть организованы для обслуживания ремонтными работами одного или нескольких предприятий, расположенных в промышленном узле. При такой организации ремонтных работ на каждом предприятии проектируются группы для текущего обслуживания оборудования.

В соответствии с объемом производства и задачами ремонтно-механические цехи включают следующие технологические отделения (или участки): слесарно-станочное с инструментальной и материальной кладовой; точильно-шлифовальное; электроремонтное; электросварочное; ремонтно-строительное; санитарно-техническое и др.

По системе ППР проведение ремонтных работ планируется по ремонтным шкалам в течение всего срока службы оборудования. Ремонтным циклом называют наименьший повторяющийся период эксплуатации машин, в течение которого проводятся в определенной последовательности установленные виды технического обслуживания и ремонта, предусмотренные нормативной документацией.

Для полиграфического оборудования установлена 4-, 6-, 7- и 8-летняя структура ремонтных циклов. В течение этих сроков, например при 6-летнем цикле, производится пять ежегодных текущих (малых) ремонтов и один капитальный ремонт. В промежутках между текущими и капитальными ремонтами производится техническое обслуживание, которое включает следующие виды работ:

ежесменное обслуживание, в которое входят: наружный осмотр, смазка и чистка оборудования, устранение мелких неисправностей, регулировка отдельных механизмов, контроль за правильностью технической эксплуатации. Ежесменное обслуживание производится штатом, обслуживающим машину, и рабочими ремонтной службы;

один раз в месяц - профилактические осмотры и чистки оборудования, выполняемые слесарями, электрослесарями и штатом, обслуживающим машину;

один раз в три месяца - профилактические проверки и чистки оборудования, выполняемые слесарями, электрослесарями и штатом, обслуживающим машину.

По принятой структуре в течение года выполняется один из видов ремонта - капитальный или текущий, четыре раза - профилактическая проверка и чистка, ежемесячно - профилактический осмотр и чистка. Практически в течение месяца проводится один из видов обслуживания оборудования: капитальный ремонт совмещается с текущим, проверкой или осмотром, профилактическая проверка - с профилактическим осмотром.

Положением о ППР установлены нормативы трудоемкости капитального ремонта на единицу основного полиграфического оборудования в нормочасах, которые приведены в приложениях I и Iа Положения о ППР. При этом общее количество нормочасов на ремонт распределено по видам работ: слесарные, станочные, электрослесарные, прочие (сварочные, малярные, жестяные, столярные и др.).

Нормативы на станочные работы предусматривают изготовление всех необходимых для капитального ремонта запасных частей в ремонтных цехах предприятия; однако при расчете следует учитывать частичное поступление запасных частей от заводов-изготовителей машин, а также специализированных ремонтных предприятий.

Для полиграфического оборудования рекомендовано следующее соотношение затрат (в нормочасах) на капитальный ремонт, условно принятый за единицу, к затратам на текущий ремонт, профилактическую проверку и профилактический осмотр и чистку:

Нормативные сроки службы оборудования и ремонтные циклы установлены на двухсменную работу машин. Они увеличиваются при односменной работе и сокращаются при трехсменной.

Непрерывное совершенствование техники и технологии производства (повышение скоростей работы оборудования, включение в рабочий цикл машин вспомогательных операций, агрегатирование однооперационных машин, автоматизация управления) вызывает необходимость творческого подхода к организации ремонтных служб предприятия.

6.4.

Проектирование административно-конторских и санитарно-бытовых помещений

В состав административно-конторских помещений входят комнаты управленческого аппарата предприятия со всеми его отделами и службами, а также конторы цехов.

Состав и численность инженерно-технических работников и служащих определяются по нормам и типовым структурам аппарата управления полиграфическими предприятиями.

Площади помещений для управленческого персонала определяются в соответствии со строительными нормами и правилами: для контор из расчета 4,0 на одного работающего; для кабинетов - в зависимости от количества сотрудников в управлениях. При кабинетах могут предусматриваться приемные, площадь которых входит в площадь, предназначенную для кабинетов.

Аппарат управления полиграфическими предприятиями и конторы, как правило, работают в одну смену. Проектом планировки их местоположение должно определяться с учетом благоприятных условий для работы персонала и удобной связи структур управления с производственными цехами.

На полиграфических предприятиях в соответствии с масштабами производства проектируются различные виды внутризаводского обслуживания. Их можно разделить на две группы:

1-я группа - местного цехового значения. К ней относятся устройства повседневного, зачастую многократного пользования, учитываемого фондом рабочего времени (санузлы, курительные, помещения для личной гигиены женщин, умывальные и т. п.). Радиус допускаемой отдаленности этих помещений от рабочего места - не более 75 м.

2-я группа - помещения межцехового и цехового значения для повседневного пользования в нерабочее время (гардеробные, душевые, столовые, медпункты и др.).

Организация санитарно-бытового обслуживания, состав, площадь и оборудование помещений, их архитектурно-планировочные решения должны соответствовать требованиям рационального режима труда и отдыха, обеспечивать комфортные условия пользования при минимальных затратах времени. Проектирование ведется в соответствии с санитарными нормами, отраслевыми правилами по технике безопасности и производственной санитарии, строительными нормами и правилами.

На газетных предприятиях следует предусматривать комнаты отдыха для работающих в ночную смену.

Санитарно-бытовые помещения проектируются по технологическим заданиям на двухсменный списочный или явочный состав работающих. В задании указывается количество работающих по сменам и группам производственных процессов. По явочному составу проектируется количество санитарно-технического оборудования и устройств.

Структурная схема Схема одноножевой резальной машины Окно `Построение топологии здания` Окно `Установка машин` План этажа типографии Окно `Выбор слоев для печати`

7.

Проектирование полиграфических предприятий с применением ПЭВМ (САПР)

Ужесточение конкуренции на рынке полиграфических услуг заставляет отечественные предприятия уделять повышенное внимание качеству печатной продукции при строгом соблюдении договорных условий по срокам выпуска. Эти требования могут быть выполнены только с приобретением современного оборудования и технологий. Решение вопросов оптимального размещения оборудования при реконструкции или создании нового предприятия значительно ускоряется при использовании ЭВМ. Применение математических методов и ЭВМ при проектировании способствует повышению технического уровня и качества проектируемых объектов, сокращению сроков разработки и освоения их в производстве. Автоматизация проектирования особенно эффективна, когда от автоматизации выполнения отдельных инженерных расчетов переходят к комплексной автоматизации, используя для этой цели системы автоматизированного проектирования (САПР).

При разработке САПР различают два существенно разных подхода: с одной стороны, создание САПР в крупных, ведущих проектных и конструкторских организациях, а с другой - широкое использование типовых расчетов, алгоритмов и программ в проектно-конструкторских организациях.

Широкое распространение в проектных организациях наиболее прогрессивных, а также типовых и стандартных методов расчетов, различных нормативных и справочных данных предопределяет высокую эффективность САПР. Даже небольшая проектная организация получает возможность применять самые современные и эффективные методы инженерных расчетов, заимствуя их у организаций-разработчиков САПР.

Как и другие типы автоматизированных систем, САПР является развивающейся системой. Технический прогресс в соответствующей отрасли должен сопровождаться непрерывным обновлением в САПР математических моделей, нормативов, данных о материалах комплектующих изделий.

САПР создается и функционирует в проектной организации как самостоятельная система. Она может быть связана с подсистемами и банками данных других автоматизированных систем. Системы автоматизированного проектирования имеют специфические особенности, принципы построения и развития.

САПР создаются в проектных, конструкторских, технологических организациях в целях:

повышения качества и технико-экономического уровня проектируемой и выпускаемой продукции;

повышения эффективности и надежности объектов проектирования, уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию;

сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и повышения качества проектной документации.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

совершенствования систематизации и унификации процессов проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;

комплексной автоматизации проектных работ в проектной организации с необходимой перестройкой ее структуры и кадрового состава;

повышения качества управления проектированием;

применения эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов;

использования методов многовариантного проектирования и оптимизации;

автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ;

замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.

При создании и развитии САПР рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

включения;

системного единства;

развития;

комплексности;

информационного единства;

совместимости;

инвариантности.

Принцип включения предполагает, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной, включающей в себя САПР системы, - отрасли и проектной организации.

Принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития САПР целостность системы должна обеспечиваться связями между подсистемами САПР, а также функционированием подсистемы управления САПР.

Принцип развития требует, чтобы САПР разрабатывалась и функционировала как развивающаяся система. Для этого в САПР должно предусматриваться наращивание и совершенствование компонентов и связей между ними, как в любой системе с переменной структурой.

Принцип комплексности требует, чтобы в САПР обеспечивалась связность проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования. Для этого в подсистемах должны предусматриваться компоненты САПР, осуществляющие комплексное согласование и контроль характеристик элементов и объекта в целом.

Принцип информационного единства состоит в том, что в подсистемах, средствах обеспечения и компонентах САПР должны использоваться термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, установленные в отраслях соответствующими нормативными документами.

Принцип совместимости состоит в том, что языки, символы, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами, средствами обеспечения и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечивалось совместное функционирование всех подсистем и сохранилась открытая структура системы в целом.

Принцип инвариантности предполагает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т.е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике.

Применение указанных принципов в разработках конкретных САПР должно быть логически непротиворечивым, не допускать возникновения абсурдных локальных решений, ведущих к сбоям и распаду системы в целом.

С развитием САПР существенно улучшается качество проектов, проектировщик получает возможность использовать эффективные математические модели, методы моделирования и оптимизации на всех основных стадиях проектирования.

7.1.

Общие сведения о проектировании с применением ПЭВМ

Выделим три основных способа реализации проектирования с применением ПЭВМ:

1. Если весь процесс проектирования осуществляется человеком, то проектирование называют неавтоматизированным.

2. Проектирование, при котором происходит взаимодействие человека с ЭВМ, называется автоматизированным. Автоматизированное проектирование, как правило, осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на основе применения специальных языков общения с ЭВМ.

3. Проектирование, при котором все преобразования описаний объекта и алгоритма его функционирования осуществляются без участия человека, называется автоматическим.

Совокупность проектных документов в соответствии с установленным перечнем, в котором представлен результат проектирования, называется проектом.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации , , …, или коллективом специалистов (пользователей системы), и выполняющая автоматизированное проектирование.

КСАП - это совокупность различных видов обеспечения автоматизированного проектирования (АП), необходимых для выполнения АП.

Различают следующие виды обеспечения САПР:

Математическое обеспечение (МО) АП - совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме.

Техническое обеспечение (ТО) АП - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения АП.

Технические средства (ТС) представляют собой компоненты ТО. Выделяют следующие группы ТС:

1. Подготовка и ввод данных.

2. Передача данных.

3. Программная обработка данных.

4. Отображение и документирование данных.

5. Архив проектных решений.

Программное обеспечение (ПО) АП - совокупность машинных программ, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме. Часть ПО АП, предназначенную для управления проектированием, называют операционной системой (ОС) АП.

Совокупность машинных программ (МП), необходимых для выполнения какой-либо проектной процедуры и представленных в заданной форме, называют пакетом прикладных программ (ППП).

Компонентами ПО являются документы с текстами программ на всех видах носителей, эксплуатационные документы. ПО разделяют на общесистемное (ОПО) и прикладное (ППО). Компонентами ОПО являются трансляторы (Т) с алгоритмических языков, эмуляторы (Э), супервизоры (С) и др., компонентами ППО - программы (МП) и пакеты прикладных программ для АП.

Информационное обеспечение (ИО) АП - это совокупность сведений, необходимых для выполнения АП. Основной частью ИО являются автоматизированные банки данных, которые состоят из баз данных (БД) САПР и систем управления базами данных (СУБД). В ИО входят нормативно-справочные документы, задания государственных планов, прогнозы технического развития, типовые проектные решения, системы классификации и кодирования технико-экономической информации, системы документации типа ЕСКД, ЕСТД, файлы, блоки данных на машинных носителях, фонды нормативные, плановые, прогнозные, типовых решений, алгоритмов и программ и т.п.

При создании автоматизированных банков данных одним из основных является принцип информационного единства, заключающийся в использовании единой терминологии, условных обозначений, символов, единых проблемно-ориентированных языков, способов представления информации, единой размерности данных физических величин, хранящихся в БД. База данных составляется с учетом характеристик объектов проектирования, процесса проектирования, действующих нормативов и справочных данных.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) АП - совокупность языков проектирования (ЯП), включая термины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения АП, представленных в заданной форме.

Методическое обеспечение (МО) - совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения АП, необходимых для выполнения АП.

Организационное обеспечение (ОО) АП - совокупность документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результата проектирования и порядок рассмотрения проектных документов, необходимых для выполнения АП. Компонентами ОО САПР являются методические и руководящие материалы, положения, инструкции, приказы и другие документы, обеспечивающие взаимодействие подразделений проектной организации при создании и эксплуатации САПР.

Интегрированной называют САПР, имеющую альтернативное ПО и ОС АП и позволяющую выбирать совокупность машинных программ применительно к заданному объекту или классу объектов проектирования.

Функционирование САПР - выполнение проектирования в САПР в соответствии с заданным алгоритмом. Функционирование САПР должно обеспечивать получение проектных решений, т.е. промежуточных и конечных описаний объекта проектирования, необходимых для его окончания. Результатом проектирования в САПР считают совокупность законченных проектных решений, удовлетворяющих ТЗ и необходимых для создания объекта проектирования.

Алгоритм функционирования САПР - совокупность предписаний, необходимых для функционирования САПР. Управление САПР - совокупность воздействий извне, предусмотренных алгоритмом функционирования САПР.

7.2.

Общие требования к техническим средствам САПР

Комплекс технических средств (КТС) САПР - это некоторое структурное единство компонентов технического обеспечения (ТО), обеспечивающих функционирование подсистем САПР.

Требования к КТС САПР разделяются на системные, функциональные, технические, организационно-эксплуатационные.

Системные:

1) эффективность - КТС должен обеспечивать эффективное выполнение всей совокупности функций АП с целью получения достаточно качественных решений и проектной документации в приемлемые сроки;

2) универсальность - обеспечение выполнения всего процесса проектирования без перестройки КТС;

3) совместимость - средства, входящие в КТС, должны быть технически, информационно, программно и эксплуатационно совместимы;

4) гибкость и открытость - возможность перестройки КТС в достаточно широких пределах и замены устаревших средств, модернизации и расширения состава;

5) надежность - необходима для нормального функционирования в течение всего цикла проектирования;

6) точность (достоверность) - КТС должен обеспечить требуемый уровень точности (достоверности) принимаемых решений и данных. Точность зависит от точности ТС (методов округления, разрядности), сбоев в оборудовании, защищенности от внешних воздействий;

7) защищенность - КТС должен быть защищен от внешних воздействий (помех, сбоев в системе питания, некомпетентного и несанкционированного вмешательства);

8) возможность одновременной работы достаточно широкого круга пользователей;

9) приемлемая стоимость - стоимость КТС должна быть такой, чтобы созданная на его базе САПР обеспечила приемлемый экономический эффект.

Функциональные:

реализация математических моделей;

принятие решений и проектных процедур;

создание архивов, библиотек проектных решений и типовых элементов;

создание системы поиска данных;

обеспечение наглядности информации;

возможность работы с графическим изображением;

возможность работы как в пакетном, так и в диалоговом режиме;

документирование результатов проектирования;

выдача результатов на технологическое оборудование.

Технические:

Закладываются на этапе разработки ТС. Выражаются в виде количественных, качественных и номенклатурных значений характеристик и параметров:

производительность;

быстродействие;

пропускная способность;

разрядность;

система кодирования информации;

емкость ОЗУ;

виды носителей данных.

Организационно-эксплуатационные:

эргономика и техническая эстетика;

подготовка персонала (уровень обученности и квалификации персонала);

централизованное техническое обслуживание.

Предъявляются к КТС, вспомогательному оборудованию, рабочим местам, помещениям, персоналу с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации и обслуживания САПР.

7.3.

Чертежно-конструкторский редактор системы "Полиграфия"

"Полиграфия" включает высокоэффективный чертежно-конструкторский редактор, готовые библиотеки для различных видов полиграфического оборудования, а также инструментальные параметрические средства создания темплетов оборудования.

Данная система позволяет работать как с чертежом, так и с документом, состоящим из нескольких листов. Каждый лист может состоять из отдельных видов, штампа и технических требований. В свою очередь чертеж можно разбивать на слои (около 9).

В "Полиграфии" возможны любые, самые сложные геометрические построения на плоскости с использованием AutoCAD. Поддерживаются стандартные (соответствующие ЕСДК) и пользовательские стили линий. Обеспечивается динамический вызов объектных привязок, а также измерение любых геометрических параметров на чертеже. При редактировании чертежа быстро и удобно выполняются операции сдвига, поворота, масштабирования, удаления и выравнивания.

Печать разработанных чертежей и фрагментов может выполняться на любых типах принтеров или плоттеров, поддерживающих AutoCAD. Оригинальная технология предварительного дисплейного просмотра позволяет одновременно скомпоновать на листе и вывести на печать несколько документов.

Назначение системы - автоматическое формирование документов по проектированию (сборочному чертежу) полиграфического предприятия: по этажам, цехам, участкам. Система состоит из трех основных модулей:

модуля полиграфического оборудования;

модуля здания;

модуля по размещению оборудования.

Структурная схема системы представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Структурная схема

При запуске программы создается новый файл предприятия либо загружается с диска уже имеющийся файл здания.

Модуль полиграфического оборудования предполагает создание библиотеки с темплетами (чертежами) полиграфического оборудования: допечатного, печатного, переплетно-брошюровочного и упаковочного. Темплеты вычерчиваются в системе последней версии, на которой дается контур оборудования с указанием линейных размеров.

Модуль здания содержит площадь подразделения (цеха) с простановкой сетки колонн или топологию реконструируемого здания. При вычерчивании на экране монитора нового помещения необходимо ввести параметры по сетке колонн, размеры колонн, план фундамента и т.д.

Оборудование размещается на технологических площадях подразделений с учетом требований по установке оборудования, транспортных потоков и т.д. Темплеты с оборудованием берутся из созданной (или имеющейся) библиотеки оборудования. Чертеж подразделения с установленным оборудованием распечатывается на принтере или плоттере.

7.4.

Принципы построения САПР "Полиграфия"

Описание геометрических объектов, в том числе и трехмерных, происходит в глобальной (абсолютной) декартовой системе координат, называемой мировой системой координат - WCS.

В стандартной поставке она установлена в текущее значение, в чем можно удостовериться, посмотрев на пиктограмму (знак UCS) в левом нижнем углу графической зоны экрана - она должна содержать букву W. Для трехмерной графики важно отметить, что система в пространстве сориентирована таким образом, что плоскость XY расположена горизонтально. Это связано с необходимостью в ракурсных параллельных проекциях ось Z располагать на экране обязательно вертикально для большей достоверности восприятия наглядных изображений.

Процесс конструирования неотделим от точных геометрических построений, в которых требуется восстанавливать перпендикуляры, проводить касательные, находить конечные точки и середины отрезков и дуг и т.п. Очевидно, что подобные задачи нельзя решить простым указанием точек на рабочем поле чертежа. Для этого в AutoCAD существует специальное средство - объектная привязка, которая имеет два режима - постоянный и одноразовый.

Подобно тому как шаговая привязка позволяет находить точки, строго лежащие на координатной сетке, объектная привязка позволяет находить характерные точки примитивов. Режимы объектной привязки устанавливаются командой OSNAP, имеющей большое количество опций.

Объектная привязка - это специальный режим задания точек, он действует только тогда, когда требуется указать точку на экране. При включенном режиме объектной привязки к перекрестию графического курсора добавляется квадратное поле, называемое прицелом объектной привязки.

Постоянный режим объектной привязки. Такой режим устанавливается командой OSNAP, которую можно вызвать из меню Tools>Drafting Settings, она открывает диалоговое окно со вкладкой Object Snap. В этом окне можно указать одну или несколько опций объектной привязки, перечисленных выше, и выйти из окна с помощью клавиши ОК.

После этого при рисовании или редактировании на все запросы, требующие указания точек, можно указывать объекты, а нужные характерные точки на объекте AutoCAD вычислить автоматически в соответствии с установленным режимом привязки. Некоторые объектные привязки могут конкурировать между собой и не дать желаемого результата.

В особых случаях, когда неприменимы другие средства обеспечения точности, как, например, при свободном рисовании командой _SKETCH, полезной оказывается возможность управления курсором с помощью клавиш клавиатуры.

Перемещение курсора производится нажатием и удерживанием сочетаний клавиши Ctrl с клавишами стрелок. Клавиши PageUP и PageDown в сочетании с Ctrl используются для изменения чувствительности курсора к нажатиям клавиш-стрелок в 10 раз соответственно в большую и меньшую сторону. Клавиша Tab возвращает курсор в позицию, определенную мышью до начала действий клавишами-стрелками.

В большинстве случаев удобно сначала грубо определить позицию курсора при помощи мыши, а затем стрелками с нужной точностью довести его до целевой позиции и нажать на Enter или пробел. Изменение чувствительности курсора к перемещениям мыши в общем случае невозможно, поэтому, если не используются планшетные устройства, настройки которых, как правило, намного богаче, описанный способ управления курсором оказывается ценным вспомогательным средством.

Привязка к последней точке. Если необходимо начать создание очередного примитива от последней точки предыдущего объекта, можно воспользоваться вводом значка @, в результате чего позиция новой точки совместится с прежней. Некоторые команды, создающие контурные примитивы, такие, как _LINE, _PLINE и _ARC, воспринимают последнюю точку в качестве первой точки нового примитива при пустом вводе, выполненном сразу после вызова команды, дуга при этом наследует не только точку, но и направление в ней прежнего сегмента дуги, отрезка или полилинии.

При построении замкнутых контуров для ввода последней точки последнего сегмента следует использовать опцию _С (Close) текущей команды, а не обычные средства точности. В результате контур приобретает особое свойство, отличающее его от тех контуров, конечные точки которых просто пространственно совмещены. Убедиться в этом можно, применив к полученным двумя этими способами полилиниям команду _CHAMFER или _FILLET: обработаны они будут по-разному.

Сетка. Простейшими средствами обеспечения точности, начиная с самых ранних версий, являются шаговая привязка и видимая сетка.

Сетка представляет собой регулярный массив видимых точек, которые не выводятся на печать и не обладают никакими другими свойствами и функциями, кроме визуального представления на экране. Аспект сетки, т.е. расстояния ее шагов в каждом из направлений, подлежит настройке. Сетка может отключаться, отображаться в виде прямоугольного или изометрически организованного массива точек.

Прямоугольная сетка может иметь различные значения шага по разным направлениям, т.е. иметь не квадратные, а прямоугольные ячейки. В изометрическом режиме сетка представляет собой растр с рядами, повернутыми друг относительно друга на 60°. Шаг такой сетки унифицирован по направлениям.

Шаг. Шаговая привязка - это режим, при котором перемещения курсора ограничены узлами невидимой регулярной сетки. Сетка привязки по принципу организации полностью совпадает с видимой сеткой и передает ей часть своих настроек, в частности ориентацию в текущей системе координат и изометрический стиль. Аспект шаговой привязочной сетки по умолчанию совпадает с аспектом видимой сетки, однако может отличаться в большую или меньшую сторону. Как правило, шаг видимой сетки назначается в 2 или 5 раз больше шага привязочной сетки.

Привязочная сетка невидима, поэтому отображаемая и привязочная сетки функционально дополняют друг друга. Для шаговой сетки настраиваются следующие параметры:

шаг по каждому из направлений;

смещение базовой точки относительно начала координат текущей системы;

ортогональный или изометрический стиль.

Для привязочной сетки имеется возможность выбора угла поворота относительно текущей системы координат. Изометрический стиль лишь имитирует трехмерность с целью создания условных плоских изометрических изображений в соответствии с соглашениями, принятыми в нормативных документах, регламентирующих правила создания чертежной документации.

Режимом шаговой привязки можно управлять с помощью клавиши F9 или кнопки SNAP строки состояния независимо от видимой сетки. Контекстное меню кнопки SNAP при выборе пункта Settings… предоставляет доступ к странице Snap and Grid диалогового окна Drafting Settings, в котором производится детальная настройка опций шаговой привязки. На этой странице можно вместо привязки по сетке выбрать режим Polar Snap и установить для него шаг независимо от значений шагов ортогональной и изометрической привязочных сеток.

Режим ортогонального ввода. Режим ортогонального ввода имитирует функции рейсшины или системы линеек кульмана, ограничивая область ввода точек исключительно взаимно перпендикуляраными направлениями.

Ортогональный режим проявляет себя только во время действия команд при вводе зависимых точек (например, вершин векторов). На ввод независимых точек он не влияет. По умолчанию области ортогонального ввода ограничиваются направлениями вдоль осей X и Y текущей системы координат, однако их ориентацию вместе с курсором можно изменить в настройках шаговой привязки. Ориентация видимой сетки, шаговой привязки, направлений перекрестья курсора и ортогонального ввода всегда совпадает.

При включении в настройках шаговой привязки изометрического стиля режим ортогонального ввода тоже изменяет принцип своего действия. Ввод будет разрешен в этом случае вдоль трех направлений, соответствующих рядам отображаемой и привязочной изометрических сеток. Таким образом, в плоскости построений имитируется ввод вдоль трех пространственных осей X, Y и Z для обеспечения точности при плоском изометрическом черчении. Будучи включенным, ортогональный режим не допускает использования полярной трассировки и ограничивает ортогональными направлениями область поиска точек с помощью объектной трассировки. Он ограничивает также использование режима шаговой привязки по сетке при вводе зависимых точек, проецируя любую позицию курсора на одно из ортогональных направлений.

Конкретное направление ортогонального ввода определяется текущей позицией курсора в данный момент. Ортогональный режим не связывает сам курсор в отличие от режима шаговой привязки. Он лишь ограничивает допустимую область, которой могут принадлежать точки указания. Любые произвольно указанные точки при этом проецируются на одно из допустимых ортогональных направлений. Режимы объектных привязок и непосредственный координатный ввод точек в командной строке приоритетны по отношению к ортогональному режиму и подавляют его.

Действием режима ортогонального ввода можно управлять с помощью клавиши F8 или кнопкой ORTHO строки состояния. Поворот и изометрический стиль наследуются из настроек шаговой привязки.

Полярная трассировка. Полярная трассировка позволяет задавать допустимые для улавливания направления относительно первой введенной точки, определяемые величиной шага углового приращения, а также локальными значениями углов, соответствующими конкретным направлениям. При попадании такого направления в область улавливания курсора на экране создается изображение трассирующей линии, образованное из точек. Курсор притягивается к трассируемому направлению и перемещается вдоль него.

Описанный режим действует не так жестко, как рассмотренный ранее ортогональный: ввод возможен в любой точке вне трассируемых направлений. Режим полярной трассировки лишь помогает удерживать уловленное направление подобно тому, как колея проселочной дороги удерживает автомобиль, однако позволяет, если нужно, свернуть.

Если в настройках шага SNAP выбрана полярная шаговая привязка, то в уловленных направлениях линейные перемещения курсора будут дискретными в соответствии с заданным в окне настройки значением шага полярной привязки. На пересечениях линий объектной трассировки между собой, с объектами чертежа или линиями полярной трассировки улавливаются точки, которые могут использоваться для ввода.

Действием режима полярной трассировки управляет клавиша F10 или кнопка POLAR строки состояния. Настройка углового шага и локальных значений углов трассируемых направлений производится на странице Polar Tracking в диалоговом окне Drafting Settings, вызываемом пунктом Settings… контекстного меню кнопки POLAR. В том же окне можно установить режим, при котором в качестве исходного направления для отсчета трассируемых направлений будет использоваться не системный ноль, а направление последнего введенного вектора.

Объектная трассировка. Объектная трассировка действует подобно полярной, однако в качестве точки-источника трассирующих линий служит не первая введенная точка, а временные узлы трассировки, определяемые в характерных точках контуров объектов чертежа в соответствии с действующими постоянными объектными привязками. Для создания такого узла трассировки используется не ввод, а небольшая задержка курсора над характерной точкой объекта. Узел трассировки помечается значком в виде маленького крестика. Одновременно можно создать до семи узлов трассировки, а при создании восьмого первый из семи будет удален.

Все узлы трассировки равноправно участвуют в образовании трассирующих линий в случае приближения к ним курсора, а на пересечениях таких линий с объектами чертежа и между собой определяются точки, которые могут служить позициями ввода либо при использовании некоторых специальных объектных привязок превращаться в новые узлы трассировки, излучающие трассирующие линии.

Линии полярной и объектной трассировки равноправно участвуют в определении возможных точек ввода. Удалить активный узел трассировки можно тем же способом, который применялся при его создании, т.е. поместив над ним курсор. Создавать новые узлы трассировки, кроме описанного здесь способа, можно с помощью временной объектной привязки Tracking Point, используя привычный щелчок мыши.

Действием режима объектной трассировки управляет клавиша F11 или кнопка OTRACK строки состояния. В диалоговом окне Drafting, вызываемом пунктом Settings... из контекстного меню кнопки OTRACK, можно назначить на странице Object Snap постоянно действующий набор объектных привязок для обнаружения позиций узлов трассировки, определить на странице Polar Tracking угловой шаг и локальные значения углов трассируемых направлений, а также установить на странице Snap and Grid режим полярной шаговой привязки и величину шага ее линейных приращений вдоль трассируемых направлений.

Компьютер предоставил проектировщику невиданные ранее возможности геометрических построений не только благодаря высокой точности задания геометрических параметров, удобству привязки к характерным точкам объектов, легко настраивающимся различным режимам, но и благодаря использованию многочисленных свойств объектов. Из новых свойств, появившихся в последней версии AutoCAD, обращает на себя внимание прежде всего возможность присвоения различной толщины линиям объектов. Чрезвычайно удобно теперь стало пользоваться диалоговым окном, содержащим всю информацию о свойствах выбранного объекта, с возможностью прямо в списке изменять большинство из них, наблюдая непосредственно за результатом.

Все команды создания базовых геометрических объектов находятся в меню DRAW. Многие команды предоставляют пользователю несколько способов построения одного и того же объекта по заданным геометрическим параметрам, производя необходимые вычисления непосредственно в процессе отрисовки. Например, окружность может быть задана по трем точкам, или по центру и радиусу, или по центру и диаметру, и т.д. Для быстрого и качественного построения чертежа желательно знать все возможности, предоставленные пользователю командами отрисовки, и в каждом конкретном случае выбирать наиболее удобный способ решения геометрической задачи.

Интерактивные режимы. AutoCAD в процессе отрисовки показывает результат, который получится после завершения команды. Такой режим работы называется режимом слежения и может быть включен или выключен. Установка режима слежения осуществляется командой DRAGMODE или одноименной системной переменной (в стандартной поставке режим слежения включен). При указании точек на экране появляются небольшие крестики (так называемые маркеры). Маркеры не элементы чертежа, а вспомогательные экранные знаки, указывающие местоположение вводимых точек. Маркеры будут удалены после любой перерисовки или регенерации текущего видового экрана в результате действия команд REDRAW, REDRAWALL, REGEN, REGENALL.

В файл чертежа маркеры не записываются и на печать не выводятся. Как и режим слежения, отрисовка маркеров при указании точек может быть включена или выключена. Управление режимом отображения маркеров осуществляется командой BLIPMODE (маркер), вызываемой с помощью клавиатуры.

Техника работы с командой. Взаимодействие пользователя с программой при создании графических объектов в основном происходит в четыре этапа:

1) подготовка режимов;

2) вызов команд;

3) выбор опций;

4) ввод необходимых параметров и завершение или выход из команд.

7.5.

Методика проектирования полиграфического предприятия на ПЭВМ

Работа с системой требует последовательно определять конструкцию предприятия. Для этого рассмотрим порядок выполнения процедур.

Установка системы. Установка системы осуществляется путем копирования системных файлов в отдельную директорию и дополнительной настройкой AutoCAD для работы с ними. В связи с этим необходимо:

1. Скопировать все файлы в отдельную папку (по умолчанию C:\polygr\).

2. Добавить основной файл приложения в список автоматически загружаемых при пуске программы.

3. Создать отдельную панель инструментов.

4. Скопировать содержимое файла polygr.mns в соответствующую имени созданного раздела часть файла основного меню - acad.mns в директории Support.

5. Перезапустить AutoCAD.

Составление банка данных полиграфического оборудования. База данных полиграфического оборудования представляет собой чертежи машин, выполненные в соответствии с установленным стандартом. Основное требование - масштаб. В системе принято правило: одна единица размера AutoCAD - один метр.

Чтобы нарисовать геометрию новой технологической единицы, следует использовать стандартные средства AutoCAD.

Требования САПР "Полиграфия" к построенному чертежу для его дальнейшего использования:

1. Чертеж должен быть нарисован с использованием только одного слоя.

2. Каждый примитив чертежа должен иметь собственный цвет (необходимо исключить случай, когда примитив имеет цвет слоя, на котором он размещен).

3. Необходимо сгруппировать примитивы и в соответствии с их принадлежностью обозначить:

белым цветом - габариты и внутренние линии технологической единицы;

желтым цветом - внешний контур зоны обслуживания технологической единицы;

красным цветом - электрический шкаф;

зеленым цветом - линия транспортного потока внутри технологической единицы.

4. Точки входа и выхода транспортного потока внутри технологической единицы должны быть связаны.

После того как чертеж выполнен с учетом всех перечисленных требований, необходимо обработать его специальной утилитой и сохранить в виде файла. Утилита вызывается нажатием кнопки Move Objects, после чего объекты займут свои места на соответствующих листах.

Чтобы полученный обработанный чертеж можно было далее использовать в системе, его надо сохранить в папку с:\polygr\files\ с именем, соответствующим имени и названию технологической единицы (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Схема одноножевой резальной машины

Построение плана здания. При первоначальном планировании полиграфического предприятия определяют, какое оборудование и в каком количестве будет использоваться. С учетом площадей зон обслуживания каждой единицы полиграфического оборудования рассчитывают общую площадь строения. Для получения чертежа в диалоговом окне "Построение топологии здания", вызов которого происходит по нажатии кнопки Build Plan панели инструментов "Полиграфия", необходимо указать общую площадь помещения, сетку и размеры колонн, толщину стен.

Используя запрограммированный алгоритм, система автоматически построит помещение с учетом всех введенных ранее параметров. Для завершения чертежа помещения пользователю будет необходимо только разместить двери и ворота (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Окно "Построение топологии здания"

Загрузить план из ранее созданного файла можно стандартными средствами AutoCAD. Следует лишь отметить, что детали построенного помещения должны лежать на слое "0", используемом AutoCAD как слой по умолчанию.

Размещение технологических единиц на плане здания. При проектировании полиграфического предприятия (типографии) недостаточно лишь построить план помещения. Внутри него должно быть размещено технологическое оборудование (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Окно "Установка машин"

В выпадающем списке диалога отображаются файлы технологических единиц, сохраненные ранее в папке "с:\polygr\files\". При размещении технологической единицы в зону ее обслуживания (область, ограниченная желтым контуром) не должны попадать никакие другие объекты (другие технологические единицы, зоны их обслуживания или опоры здания) (рис. 7.5).

Рис. 7.5. План этажа типографии

В том случае, если машина неверно размещена, ее можно переместить или повернуть стандартными средствами AutoCAD.

Вывод на печать полученных чертежей. Результатом проектирования должен стать комплект монтажных чертежей. На отдельных чертежах должны быть схемы расположения технологических единиц внутри здания, схемы организации электропитания, схема транспортных потоков внутри этажа.

Для вывода на печать используются стандартные средства AutoCAD, однако перед выводом из общего чертежа следует выбрать только те объекты, которые необходимо увидеть на выходном чертеже.

Система позволяет получать шесть различных чертежей. Для перехода между ними используется диалоговое окно "Выбор слоев для печати" панели инструментов "Полиграфия" (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Окно "Выбор слоев для печати"

В открывшемся окне необходимо выбрать чертеж:

все объекты;

топология здания;

размеры оборудования;

зоны обслуживания;

силовые шкафы;

транспортные потоки.

Вывод на бумагу осуществляется с использованием принтера или плоттера.

149