1. Функционирование технологического потока как системы

Для технологических систем характерен обмен информацией между компонентами системы, а также между системой в целом и окружающей ее средой. Не исследовав ин­формационные процессы, невозможно получить достоверное знание о качестве функцио­нирования системы, невозможно эффективно ею управлять.

Функция технологического потока представляет интегративную совокупность функ­ций отдельных операций, образующих технологическую систему. Функции условно разде­ляют на основные и дополнительные. Основные функции соответствуют основному функ­циональному назначению системы и представляют собой совокупность макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существование систем определенно­го класса. Дополнительные функции расширяют функциональные возможности системы, сферу ее применения и способствуют улучшению показателей качества. Они рассматри­ваются как сервисные, повышающие эффективность и уровень эксплуатации системы. Де­ление на основные и дополнительные функции является условным.

Функции компонентов системы согласованы между собой во времени и в простран­стве. Это выражается в том, что одни компоненты функционируют параллельно и одно­временно, другие - последовательно, с некоторым интервалом времени. Каждый компо­нент работает на систему, и в этом смысле его функция целесообразна. Вместе с тем возможна относительная автономность компонентов по отношению к системе.

Взаимосвязь, функции и структуры технологического потока. Внешняя среда ока­зывает большое влияние на функционирование целостной технологической системы, по­этому следует учитывать зависимость ее свойств как от внутренних факторов (состава и структуры), так и от процессов, происходящих в окружающем ее пространстве.

Изменение внешних условий влечет за собой изменение функций системы. В хорошо организованных технологических системах при колебаниях внешних условий функция и структура не изменяются.

Управление функционированием технологического потока. Взаимодействие с неус­тойчивыми факторами среды всегда приводит к дезорганизации технологической системы. Поэтому важнейшую системообразующую роль играет управление, основанное на инфор­мационном взаимодействии элементов системы. Управление позволяет стабилизировать систему, поддерживать ее динамическое равновесие с внешней средой и обеспечивать дос­тижение цели функционирования.

Технологическая система состоит из управляемой и управляющей подсистем. Управ­ляемую часть системы составляют процессы в машинах и аппаратах, а управляющую - процессы, в основе которых лежат действия обслуживающего персонала.

2. Эффективность, точность, устойчивость, управляемость и надежность технологического потока

Научный и практический интерес представляют показатели эффективности техноло­гического потока, такие как точность, устойчивость, надежность, и методы управляющих воздействий на технологический поток. Эффективность технологического потока опреде­ляется наиболее качественным, интенсивным и экономичным превращением сырья в гото­вую продукцию. Количественную меру, характеризующую степень соответствия результа­тов функционирования системы целям, стоящим перед ней, называют показателем эф­фективности функционирования системы. Он должен объективно характеризовать систе­му, иметь прямую связь с целевым назначением системы, быть чувствительным к изменению основных параметров системы, быть достаточно простым, достаточно полно характеризовать качество работы системы, отражать все основные особенности и свойства системы, условия ее функционирования и взаимодействия с внешней средой. Показатель эффективности должен учитывать объем производства, качество продукции (поскольку с ними связаны цены), эксплуатационные и капитальные затраты.

Рассматривая проблему качества, следует подчеркнуть, что существуют не качества и не свойства, а только вещи, имеющие определенные свойства и качества. Общим для ка­чества и свойства является то, что они характеризуют материальные вещи, существование которых не зависит от того, насколько познаны те или иные их свойства и качества. Каче­ство и свойство принадлежат вещи, но свойство выражает какую-то одну ее сторону. Сле­довательно, свойство определяет какую-то сторону и качества, которое является обобщен­ной характеристикой вещи.

Качество не имеет прямых показателей, определив которые можно утверждать, что измерено качество. Существуют только косвенные показатели, характеризующие свойства. Определение качества заключается в диагностике его, т. е. в измерении косвенных показа­телей, наиболее полно характеризующих качество исследуемого объекта.

В зависимости от цели, для которой производится оценка качества, могут использо­ваться характеристики тех или иных свойств данного продукта. Правильный выбор свойств объекта, необходимых и достаточных для оценки его качества, существенно влия­ет на достоверность объективной информации о качестве объекта.

Отдельное свойство качества характеризуется абсолютным размером и составляет единичный показатель качества продукции. Количественную характеристику одного или нескольких свойств, входящих в состав качества продукции, называют относительным по­казателем качества.

Измерение и оценка уровня качества продукции по отдельным единичным показате­лям представляют собой дифференцированный метод. Используя его, можно обеспечивать заданный уровень качества путем включения в стандарты или технические условия опре­деленной номенклатуры показателей, сравнивать качество однотипных изделий между со­бой и с эталонными или лучшими мировыми образцами, планировать повышение тех или иных показателей качества и т. д.

Однако этот метод дает возможность количественно оценивать только характеристи­ки или показатели отдельных свойств, но не само качество. Поэтому возникает необходи­мость измерения качества продукции единым комплексным показателем, однозначно от­ражающим всю совокупность ее свойств. Это обеспечивается комплексным методом оценки качества. При комплексном методе оценки качества учитывают и соответствую­щий коэффициент весомости этого показателя, так как отдельные свойства неравнознач­ны по своей важности. Предложено три метода определения коэффициентов весомости: экспертный, стоимостный и статистический.

Экспертный метод представляет собой совокупность методов, основанных на ус­редненном учете мнения специалистов. Сущность стоимостного метода заключается в определении функциональной зависимости между коэффициентом весомости и денежны­ми (или трудовыми) затратами, необходимыми для обеспечения существования данного свойства. В соответствии со статистическим методом коэффициент весомости принимает­ся как некоторая функция от вероятности достижения каждым единичным показателем ка­чества продукции. Комплексный метод представляет собой метод оценки уровня качества продукции с применением обобщенного показателя ее качества. Для получения обобщен­ного показателя качества рассчитывают взвешенные среднеарифметическое и среднегео­метрическое значения по всей совокупности относительных показателей.

Качество пищевых продуктов оценивается сложным комплексом свойств, включаю­щих как органолептические свойства, так и свойства, определяемые на основе объектив­ных методов измерения. Органолептические свойства пищевых продуктов (вкус, запах, сочность, консистенция, зрелость, цвет и т. д.) оцениваются экспертным методом. При оценке качества пищевых продуктов объективные методы являются лишь полезным до­полнением к органолептической оценке.

В настоящее время качество становится «объектом управления», т. е. речь идет о соз­дании системы оптимизации качества, его планировании, управлении и регулировании не­посредственно в процессе производства данной продукции.

На рис. 10 представлена схема, которая отражает процесс формирования качества продукции.

Рис. 10. Схема процесса формирования качества продукции

Свойства, характеризующие качество пищевой продукции, могут быть объединены в следующие группы:

а - свойства функционального назначения (пищевая ценность): калорийность, белко­вый состав, содержание углеводов, жиров и неорганических веществ;

b - свойства, характеризующие надежность: микробиологическая обсемененность, стойкость при хранении, прочностные свойства;

с - свойства эстетического содержания: интенсивность окраски и блеска в отражен­ном свете, правильность формы, четкость рисунка, соответствие внешнего оформления и размеров современным требованиям;

d - специфические свойства: консистенция, вкус, аромат.

Показатель эффективности технологического потока. Режим функционирования технологической системы оказывает влияние на уровень свойств групп b, с, d и не должен влиять на свойства группы а, так как они целиком зависят от качества сырья при данной рецептуре.

Из групп b, с, d наибольшую нестабильность имеют свойства, которые формируются в процессе образования отдельных предметов и доз. К таким свойствам следует отнести правильность формы, четкость рисунка, состояние поверхности, соотношение оболочки и начинки, геометрические размеры, прочность, массу предмета и дозы.

В связи с тем, что технологический поток, как и другие системы, функционирует в условиях действия случайных факторов, величины всех единичных показателей качества продукции являются случайными. Следовательно, показателем эффективности функцио­нирования такой технологической системы должна стать комплексная оценка вероятност­ных характеристик этих величин.

Погрешности технологического потока. В показателях качества изделий наблюдает­ся рассеяние значений контролируемых величин - устранимое и неизбежное. Устранимое рассеяние значений показателей качества - это систематическая погрешность производст­ва, возникающая из-за использования нестандартных сырья и материалов, нарушения тех­нологического режима при выполнении операций или осуществления их по недоработан­ной документации, из-за возникшей неисправности оборудования. Неизбежное рассеяние

значении показателей качества - это случайные погрешности производства, возникающие из-за колебания качества и количества сырья и материалов (в пределах допустимых откло­нений), изменений в условиях производства.

Как правило, отклонение величин показателей качества продукции от стандарта яв­ляется результатом наложения всех перечисленных выше погрешностей.

Точность функционирования технологического потока представляет собой степень соответствия поля рассеяния значений показателя качества продукции заданному полю допуска и его расположению. Точность характеризуют рядом количественных оценок.

Обобщенной оценкой точности производственного процесса является вероятность Р выхода годных изделий, показатели качества которых находятся в пределах установленно­го поля допуска. Эта оценка носит название «процент выхода годных изделий» и является функцией систематической и случайной составляющих производственной погрешности.

Для оценки точности функционирования технологического потока с точки зрения действия систематических производственных погрешностей используется коэффициент смещения.

На рис. 11 приведены распределения погрешностей показателя качества про­дукции, подчиняющихся нормальному за­кону при одинаковой случайной погреш­ности, но при разных значениях коэффициента смещения Е. Чем ближе к нулю значение коэффициента смещения Е, тем меньше влияние систематических по­грешностей, т. е. тем выше точность функ­ционирования технологического потока.

Точность функционирования техно­логического потока при действии случай­ной составляющей производственных по­грешностей оценивается коэффициентом точности.

Устойчивость технологического потока. При оценке устойчивости ис­пользуются выборки. Эти выборки дают так называемые мгновенные распределения производственных погрешностей ф^х) значе­ний х - случайной величины за достаточно малый промежуток времени At. В течение этого времени воздействие всех возмущающих факторов остается без изменений.

Об устойчивости функционирования технологического потока судят по точностной диаграмме, которая, в свою очередь, позволяет судить об устойчивости технологического процесса по интенсивности изменения центров группирования [функция a(t)], средних квадратичных значений [функция b(t)] и полей рассеяния [функция c(t)] мгновенных рас­пределений погрешностей показателей качества.

Управляемость технологического потока. Цель управления технологическим пото­ком заключается в необходимости обеспечения функционирования системы процессов, при котором ее выход, определяемый качеством продукции, находится в соответствующих пределах. Чаще говорят об управлении качеством продукции, а не об управлении систе­мой, хотя управление качеством продукции осуществляется путем воздействия на техно­логическую систему.

Различают социальные и другие мероприятия по повышению качества продукции, в том числе статистические.

ф(х) Е3 Н - I

Рис. 11. Кривые нормальной плотности вероятности показателя качества изделий при различных значениях коэффициента смещения: Е = 0 (1); Е > 0 (2); Е < 0 (3)

Управление технологическим потоком основано на анализе точности и устойчивости процессов путем применения контрольных карт качества (рис. 12), которые используют­ся для эффективного управления производством продукции и прогнозирования брака.

Управление технологической системой заключается в интерпретации карт для обна­ружения отклонений от нормальных эксплуатационных характеристик машин и аппаратов.

Анализ контрольной карты показывает, что она графически отражает изменение по­казателей качества продукции. Карта снабжена шкалой, на которой определены границы регулирования, предусматривающие применение статистических оценок и разделяющие зоны неизбежного и устранимого рассеяния измеряемых показателей.

дгрхнии предел допуска Верхняя гранцца регулирования

Ми тяг я граница регулирования

НщкншТ Прешёл долугна~~ а

Контрольные карты применяются также для анализа качества технологического по­тока - тогда они служат одним из эффективных методов совершенствования технологиче­ской системы.

Верхняя граница регулирования

Нижняя граница регулирования 0

Зсрхняя граница регулирования

ИитНяя

граница регулыроЯгния

д

Рис. 12. Типичные контрольные карты качества функционирования технологической системы:

а - выпуск изделий в границах регулирования с большим запасом точности процесса; б - выпуск изделий в границах регулирования; в - внезапное изменение уровня качества изделий; г - постепенное изменение уровня качества изделий; д - две отметки показателя качества изделий вблизи верхней границы регулирования; е - ряд последовательных точек показателя качества изделий

выше или ниже среднего значения

е

Контрольные карты для оперативного управления потоком. Контрольная карта предназначается для статистического регулирования только одного наиболее ответствен­ного показателя качества продукции.

Контрольные карты для стратегического управления потоком. Вырабатываемая технологическим потоком информация может использоваться не только как инструмент оперативного управления, но и при принятии стратегических решений. Второе направле­

ние применения контрольных карт связано с так называемыми картами кумулятивных сумм (кусумм). В этих картах информация накапливается, что делает метод кумулятивных сумм чрезвычайно чувствительным к изменениям показателей технологического потока.

Технологическая надежность потока — это отказы, связанные с потерей свойств про­цессов в потоке. Данный показатель зависит от качества сырья, требований к продукции, ус­ловий эксплуатации оборудования линии, навыков обслуживающего персонала и других факторов. Таким образом, надежность технологического потока определяется его безотказ­ностью, характеризующейся вероятностью безотказной работы и другими показателями.

Методы повышения надежности технологического потока. Существуют следую­щие группы методов повышения надежности технологической системы:

• резервирование объектов (структурное и временное);

• уменьшение значения параметра потока отказов.

В первой группе методов следует различать структурное и временное резервирование.

Структурное резервирование ведет к созданию системы, технологическая надежность которой выше, чем надежность составляющих ее элементов. В пищевой технологии струк­турное резервирование применяется на уровне операторов, составляющих подсистемы.

Временное резервирование реализуется двумя способами. Первый способ предпола­гает разработку объектов на большее значение производительности, чем требуется по рас­чету. Следовательно, элемент системы выполняет свою функцию за более короткий про­межуток времени, чем это соответствует технологической инструкции. Второй способ предполагает установку на выходах подсистем резервуаров или бункеров для накопления промежуточных продуктов. Это позволяет нормально функционировать последующим подсистемам, даже если подсистемы до бункера-накопителя по той или иной причине от­казали. В этом случае питание последующей части системы будет осуществляться из ре­зервуара или бункера.

Возможно также комбинированное структурно-временное резервирование. При ис­пользовании структурного резерва значительно сокращается резерв времени, следователь­но, и емкость промежуточных резервуаров. Вместе с тем наличие сравнительно небольшо­го временного резерва, обеспечиваемого бункером-накопителем, позволяет уменьшить кратность резервирования элементов системы. Под кратностью резервирования понимают отношение числа резервных элементов к числу основных (резервируемых) объектов.

Во второй группе методов повышения надежности можно выделить такой метод, как упрощение технологической системы. Упрощая систему, можно существенно повысить ее надежность, причем эффект тем больше, чем ниже надежность элементов и чем сложнее первоначальная система.

Следующий метод повышения надежности системы представляет собой выбор опти­мальных параметров функционирования системы. Этого можно достичь, уменьшив вред­ное влияние окружающей среды, создав соответствующие гидродинамические и аэроди­намические потоки обрабатываемой массы путем оптимизации значений ее температуры, влажности, давления, расхода и т. п. К этому методу можно отнести и концентрацию ряда технологических операций в одном аппарате, машине или агрегате с тем, чтобы устранить воздействие внешней среды на обрабатываемый продукт при передаче его от одной опера­ции к другой.

Отказы элементов сложной технологической системы неравнозначны, поэтому для каждого элемента и каждой подсистемы должно быть установлено определенное значение показателя надежности. Проектировать технологические системы с ограниченным после­действием отказов необходимо таким образом, чтобы отказ элементов не приводил к поте­ре работоспособности системы.

Особое место среди методов, повышающих надежность функционирования техноло­гических систем, занимает авторский надзор инженеров-технологов и конструкторов за качеством реализации технологических и проектных решений и за неукоснительным вы­полнением требований нормативной документации при монтаже и эксплуатации линий.

Контрольные вопросы

1. Почему функционирование технологического потока носит вероятностный характер?

2. Почему управление является важнейшим системообразующим фактором технологического потока?

3. Почему эффективность технологического потока есть вероятностная мера соответствия текущих характеристик качества продукции стандартным значениям?

4. Какой смысл вкладывается в понятия точности и устойчивости технологического потока?

5. В чем заключается физический смысл коэффициентов смещения и точности?

6. Каковы принципы статистического управления технологическим потоком?

7. В чем состоит принципиальное отличие традиционных контрольных карт от карт кумулятив­ных сумм?

8. Почему при оценке надежности объекта целесообразно формирование простейшего потока отказов?

9. Каков порядок обработки экспериментально полученной информации о надежности объекта?

Лекция 4. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА

1. Развитие технологического потока как системы процессов.

2. Целостность, стохастичность, чувствительность и противоречия технологическо­го потока.