Предисловие

Практикум по дисциплине «Теория технологического потока» предназначен для студентов III курса, обучающихся по направлению 260600 -«Пищевая инженерия», специальностей 260601 «Машины и аппараты пищевых производств» и 260602 «Пищевая инженерия малых предприятий» дневной формы обучения.

По учебному плану студенты должны выполнить восемь практических работ, рассчитаных на 2 часа аудиторного времени.

В каждой работе сформулирована ее цель, приведены краткие теоретические сведения, методика выполнения, варианты заданий с исходными данными, указан порядок выполнения отчета, даны контрольные вопросы для самостоятельной подготовки. Общий библиографический список представлен в конце пособия.

Структура пособия отвечает требованиям, предъявляемым к методике изложения учебного материала, и обеспечивает условия для самостоятельной и творческой работы студентов,

Цель учебного пособия - систематизировать сведения о возможности и методологической ценности системного подхода к хорошо известным процессам и оборудованию. Это позволит в будущем студентам повысить эффективность научных, проектных и конструкторских работ в области создания новой технологии и техники перерабатывающих производств.

Работа № 1 морфологический анализ технологических линий, определение их строения и формы

Цель работы: ознакомление с терминологией системного подхода и организацией технологических потоков; проведение мор­фологического анализа технологического потока в соответствии с данными индивидуального задания.

Краткие теоретические сведения

В теории технологического потока приняты следующие понятия и термины [].

Система - это упорядоченное определенным образом множество разнородных элементов (по крайней мере, двух), взаимосвязанных и образующих некоторое целостное единство, свойства которого больше суммы свойств составляющих его элементов.

Понятию «система» противопоставляется понятие «хаос». Если состояние элемента Эi, Определенным образом ограничивает возможные состояния других элементов (Эj, Эk и т.п.), можно утверждать, что между Эi, и Эj, между Эi, и Эk и т.д. существует определенная связь. Такие множества, в которых наблюдается определенное взаимодействие между элементами, являются системами.

Как правило, системы в зависимости от рода связи между состоянием элементов называют детерминированными я стохастическими. Во-первых, связь между состоянием элементов однозначна и заранее предопределена; во-вторых, связь носит вероятностный характер.

Элементами называют объекты, которые в совокупности образуют систему. При этом предполагается, что элемент в пределах сохранения определенного качества системы далее неделим. Однако неделимость элемента относительна: сам элемент представляет собой систему и, в свою очередь, также состоит из элементов. Вне системы элемент как таковой не существует. Расчленение системы на элементы вообще относительно и условно. Элементы, выделяют исходя из логических предпосылок и практической целесообразности так, чтобы они обладали внутренней структурой и представляли образования, характеризующиеся более высокой устойчивостью, чем вся система в целом.

Элементы системы образуют группировки, связь внутри которых между элементами отличается от характера связи между самими группировками, т.е. внутри системы образуются подсистемы. Понятие «подсистема» означает, что некоторая часть системы должна обладать ее свойствами (в частности, свойством целостности, рассматриваемым ниже). Именно этим подсистема отличается от группы элементов, для которых не сформулирована цель.

В соответствии с принятой трактовкой деление системы на подсистемы представляет собой расчленение большого процесса на подпроцессы с соответствующими входами и выходами. Любой вход данного подпроцесса - это выход предыдущего, а выход данного подпроцесса - это вход последующего, т.е. все процессы взаимосвязаны. Можно сказать, что подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы.

Структура системы - это сеть отношений, т.е. определенная упорядоченность связей между элементами системы.

Связи системы - это взаимодействие ее элементов, обеспечи­вающие возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Связи осуществляют обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы и между системой и внешней средой.

Входы и выходы - системы также различаются по материальному, энергетическому и информационному характеру, т.е. в процессе взаимодействия системы с внешней средой происходит поглощение и выделение вещества, энергии и информации. Одни системы по мере совершенствования могут превращаться, а другие, которые способны использовать информацию в целях автоматического управления процессами, внутри системы.

Целостность системы определяется как совокупность элементов, взаимодействие которых обусловливает наличие новых качеств системы, не свойственных образующим се частям. При объединении элементов в целостную систему ее свойства оказываются отличными от простой суммы свойств составляющих элементов. Структурные отношения самой целостной системы вызывают изменения внутренних особенностей составляющих ее элементов, которые подчиняются закономерностям, ее функционирования. Пространственная согласованность частей системы - необходимая черта ее структуры. Целостная система характеризуется не только пространственной, но и временной организованностью.

В соответствии с общей теорией систем целостная система должна иметь:

- цели функционирования, которые определяют ее основное назначение, цели функционирования обычно достигаются одновременным или последовательным выполнением ряда задач, которых может быть несколько, и решение их составляет содержание процесса функционирования системы и ее подсистем;

- управление, т.е. процесс упорядочение системы, приведения ее в соответствие с целями и задачами; управление может осуществляться непосредственно людьми, либо людьми с использованием технических средства, либо только техническими средствами по программам, разработанными людьми;

- определенную структуру, которая может распадаться на ряд подсистем, при этом основным признаком выделения подсистемы" является ее целевое назначение; у подсистем Должны быть цели функционирования, которые вытекают из общей цели функционирования системы;

- иерархичность строения системы, которая означает, что каждый ее компонент, в свою очередь, может рассматриваться как система, а сама она является лишь одним из компонентов системы более высокого порядка,

- непрерывное изменение состояния элементов системы без изменения ее структурного графа, т.е. графической модели структуры; изменение же состояния элементов и подсистем с изменением структурного графа приводит к созданию новой системы,

Морфологический анализ технологического потока - это метод определения его строения и формы. В основу метода положено представление о формировании технологических потоков из элементов и связей при их непрерывном взаимодействии.

Строение потока определяется связями между его отдельными операциями. Любой технологический поток можно отнести к одному из трех видов (рис. 1.1):

- поток с жесткой связью (рис. 1.1, а) предусматривает жесткую связь между выходом каждой предыдущей и входом каждой последующей операции; естественно, что длительность цикла каждой операции должна быть одинаковой или кратной циклу ведущей операции или их группы;

- поток с полужесткой связью (рис. 1.1, б) характеризуется тем, что в нем имеются группы операций с жесткой связью лишь внутри самих себя; между собой эти группы имеют гибкие связи в виде опе­раций хранения; конструктивно операция хранения реализуется в накопителях, бункерах, емкостях, ветвях конвейеров и т.д.;

- поток с нежесткой (гибкой) связью (рис. 1.1, в) от описанных выше отличается тем, что операция хранения обычно бывает между каждыми двумя технологическими операциями.

Рис. 1.1. Схема строения технологических потоков с различными

связями; а - жесткой; б - полужесткой; в – нежесткой.

В потоках с полужесткой и особенно нежесткой (гибкой) связями допускается более «мягкая» организация производства, что связано с несовершенством технологий, нестабильными свойствами исходного сырья и полуфабрикатов, отсутствием машин с требуемыми техническими характеристиками, различными технологической надежностью операций и конструктивной надежностью машин и т.д.

На пищевых предприятиях самых разных отраслей организованы преимущественно потоки с полужесткой связью.

По форме технологические потоки могут быть неразветвленные и разветвленные, причем последние имеют сходящиеся, расходящиеся и параллельные ветви (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема форм технологических потоков:

а - неразветвленный; б - разветвленный сходящийся:

в - разветвленный расходящийся; г - разветвленный с параллельными ветвями

В простейшем случае операции составляют одну цепочку - не-разветвленный поток (рис. 1.2, а). Такой поток предназначен для выработки преимущественно из одного вида сырья одного вида продукции (цельного молока, ириса, леденцовой карамели, патоки из крахмала, овсяной крупы, макаронных изделий и т.д.).

Разветвленный сходящийся технологический поток (рис. 1.2, б) предназначен для получения из нескольких видов сырья одного вида продукции (хлеба, сыра, пирожных и тортов, карамели с начинкой, конфет «Ассорти» и т.д.).

Разветвленный расходящийся технологический поток (рис. 1.2, в) возникает при выработке из одного вида сырья нескольких видов конечного продукта (белых столовых виноматериалов из винограда, муки первого и второго сортов при помоле пшеницы, шоколада, какао масла и какао порошка при переработке какао бобов и т.д.).

Технологический поток с параллельными ветвями (рис. 1.2, г) образуется в случае одновременного параллельного функционирования ряда идентичных операций из-за недостаточной производительности оборудования на данном участке линии.

Усилия технологов, конструкторов и производственников должны быть направлены на приближение реального потока к идеальному. Для этого необходимо передавать обрабатываемый материал или объекты непосредственно с операции на операцию без потери ориентации и обеспечить постоянство скорости потока на всех его участках, т.е. создавать потоке жесткой связью (см. рис. 1.1, а).

Идеальный технологический поток сплошной среды характеризуется тремя параметрами: скоростью v, м/ч, площадью поперечного сечения s, м2, а также плотностью ρ, кг/м3. Его производительность определяется как

П= v s ρ. (1.1)

Для технологических потоков, состоящих из отдельных объектов, существенна еще одна специфическая характеристика - ориентация объектов обработки относительно вектора скорости. Чтобы разместить на единице длины потока наибольшее количество объектов, т.е. обеспечить максимальную производительность потока, необходимо располагать эти объекты в направлении вектора скорости потока своими минимальными габаритными размерами. Такое расположение объектов в технологическом потоке названо оптималъным, Поскольку оно обеспечивает максимальную плотность при прочих равных условиях. В этом случае

П=v/l, (1.2)

где l - шаг, м/шт.

Исходя из этих соображений, идеальный технологический поток должен иметь:

- среднюю скорость в течение всего времени функционирования и на всем протяжении, равную максимально возможной с точки зрения физической, химической и микробиологической природы, обрабатываемого материала;

- максимальное поперечное сечение на всем своем протяжении;

- максимальную плотность в направлении его вектора скорости.