4.4 Энергетическое хозяйство предприятия

Современные предприятия химической, машиностроительной, металлургической, горной и других отраслей имеют большие энергетические хозяйства, в состав которых входят:

теплосиловое хозяйство с котельными, компрессорными, паровыми и воздушными системами;

газовое хозяйство с системами трубопроводов, кислородными станциями, холодильными установками, промышленной вентиляцией;

электросиловое хозяйство – электрические сети, аккумуляторные участки, трансформаторные подстанции;

печное хозяйство.

Главная задача энергетического хозяйства – непрерывное обеспечение подразделений предприятия всеми видами топлива и энергии, эффективное использование топлива и энергии.

При расчетах фактического потребления энергии определяют коэффициенты энерговооруженности (количество энергии на одного работника производственного персонала) и коэффициенты энергоемкости (количество энергии на единицу произведенной продукции).

Энергетический баланс ТП состоит из затратной и прибыльной частей. Общую потребность в энергии рассчитывают в натуральном или стоимостном выражении, например:

Е_потр = Е·П + Е_ос + Е_от+Е_вент + Е_др + Е_отп + Е_пот, (4.4)

где Е – потребление энергии на производство единицы продукции (или на 1 тыс. грн. стоимости продукции);

П – плановый объем производства за расчетный период (сутки, неделя, месяц, год);

Е_ос, Е_от, Е_вент, Е_др – потери на освещение, отопление, вентиляцию, другие нужды;

Е_отп – отпуск энергии на сторону;

Е_пот – потери энергии в электрических сетях.

Энергетические балансы составляют по календарным срокам (текущие и перспективные), по энергоносителям (по видам энергии и топлива – отдельные, по сумме всех видов энергии – сводные), по электрическим процессам (силовые, осветительные и др.), по целевому назначению (технологические, хозяйственно-бытовые), по объектам потребления (балансы предприятий, цехов, технологических установок).

Потери всех видов энергии учитываются при составлении калькуляции себестоимости продукции. Рациональное, экономное использование энергоресурсов является одним из главных резервов повышения эффективности производства.

4.5 Структурно-функциональный анализ технологической системы

Системность является одной из универсальных черт и отличается от общих свойств вещей, таких как качество и количество, менее доступна для непосредственного наблюдения. В последние десятилетия все науки переживают процесс углубления представлений о предмете собственного исследования. Это относится и к технологии. Здесь также появились понятия макро- и микросистемных объектов, системообразующих факторов и т.п..

Формализация системы осуществляется с помощью математических моделей, которые проясняют связи между исходными параметрами, параметрами состояния и входными, управляющими и возмущающими воздействиями. Сложная система по обыкновению формализуется детерминированно-стохастической моделью. На разных уровнях иерархии может преобладать как детерминированное, так и стохастическое описание подсистем.

На рис.4.1 представлена структурная схема самоуправляемой ТС. Входом системы является вектор X=(x₁,…, x_n), компонентами которого являются составляющие затрат. Выходом является вектор Y=(y₁,…, y_m), компонентами которого являются количественные характеристики выпуска продукции (производительности, энергоемкости, себестоимости и др.). Со стороны внешней среды ТС испытывает действие возмущений (вектор V). Управляющие устройства формируют управляющие воздействия на подсистемы управляемой части (технологическое оборудование) в виде вектора U. Состояние подсистем ТС контролируется с помощью обратных связей (вектор F).

Современное предприятие как система значительного размера состоит из взаимосвязанных подсистем, между которыми существуют отношения подчиненности. Упрощенная структурная схема предприятия, которая приведена на рис. 4.2, показывает подчиненность подсистем управления производством, технологическим оборудованием и физико-химическими процессами, которые лежат в основе производства.

При системном исследовании технологической линии и технологического процесса, который осуществляет эта линия, выясняются общие закономерности построения, функционирования и развития этой линии. При этом решаются такие задачи:

сбор и обработка информации для принятия научно-обоснованых решений по усовершенствованию технологии и техники;

разработка программы усовершенствования систем;

системный анализ и синтез производственного процесса с целью его представления как системы и моделирование в рамках подсистем;

установление особенностей функционирования производственного процесса для выяснения причин низкой точности, малой устойчивости и надежности;

определение направлений в развитии технологии, оборудования и средств автоматизации;

прогнозирование перспектив развития ТС и ее частей.

Рисунок 4.1 – Структурная схема технологической системы

Рисунок 4.2 – Система предприятия: ТЛ – технологическая линия;

ТО – технологическая операция; ФХП – физико-химический процесс.

Подытоживая изложенное, рассмотрим ТЛ как систему. Напомним, что под системой понимают каким-то образом упорядоченное множество разнородных элементов и подсистем, которые взаимосвязаны между собой и образуют некоторое единство. Любая ТЛ подпадает под это определение системы, поскольку состоит из определенного количества разнородного оборудования и взаимосвязанных ТО, результатом которых является изготовление определенного продукта. Отдельные ТО объединяют в группу, т.е. в середине ТЛ (системы) образуют подсистемы. Объединение ТО в группы обычно связано с удобством управления. С изменением СУ объединение операций в группы может измениться.

ТС имеет характерные особенности, которые отвечают общепринятому определению системы, а именно:

наличие цели функционирования, которая определяет назначение ТС. Целью ТС является выпуск продукции определенного качества и количества. Цель достигается последовательным выполнением отдельных задач подсистемами ТС;

наличие управления, т.е. упорядоченность системы, приведение ее в соответствие с целью. Управление осуществляется работниками (ручное управление), работниками с использованием технических средств (автоматизированное управление) или только техническими средствами, которые работают по программам, разработанным работниками (автоматическое управление);

ТС имеет определенную структуру и распадается на подсистемы, основным признаком которых является целевое назначение. Цель функционирования каждой подсистемы вытекает из общей цели функционирования ТС и является частью цели функционирования системы более высокого уровня;

иерархичность построения ТС. Каждая составная часть ТС (подсистема) может рассматриваться как система, которая в свою очередь сама содержит подсистемы более низкого уровня;

непрерывное изменение состояния элементов подсистем без изменения структуры ТС, поскольку при изменении структуры изменяется вся система (при изменении или усовершенствовании технологии).

ТЛ – это открытая система, которая зависит от условий внешней среды. ТЛ как система состоит из физико-химических подсистем. В тот же время ТЛ является составляющей системы организации производства (управления предприятием), через которую осуществляется взаимосвязь с внешней средой (рынком). Три степени иерархии подсистем ТС обеспечивают распределение функций каждого уровня этой иерархии.

Рассматривая ТЛ как систему или подсистему среднего уровня предприятия, которая включает совокупность специфических ТО, надо иметь в виду специфику построения математических моделей технологии. Естественно, что в основе математического описания связей между элементами ТЛ лежат известные физико-химические закономерности, которые описываются уравнениями материального и энергетического баланса.

При исследовании структуры ТС и ее свойств применяют структурный и функциональный подходы. При структурном подходе выявляют состав отдельных элементов системы и связи между ними. При функциональном описании поведения системы рассматривают функции, которые выполняет система для достижения цели. Результатом исследования является системная модель построения производства, т.е. модель ТС.

На основании проведенного выше обсуждения характерных особенностей технологических систем и линий можно сделать следующие выводы:

1. Технологической системой является совокупность технологических линий и технологических операций, которые выполняются над перерабатываемым продуктом (сырьем) в определенной последовательности;

2. ТЛ как система является подсистемой ТС;

3. Технологическую систему и ее подсистемы можно формировать из разных элементов в разных комбинациях, но при этом должна быть достижимой цель системы (количественные и качественные характеристики ее функционирования);

4. ТП, который осуществляет ТС, подчиняется фундаментальным законам природы, которые отображаются в материальном и энергетическом балансах;

5. Условием согласованности ТС с высшим уровнем управления является соответствие ее продукции спросу на рынке сбыта.

4.6 Система управления производством

Под системой управления производством (предприятием) понимают совокупность организационно взаимодействующих групп людей и видов управленческой деятельности (целенаправленности, прогнозирования, координации, мотивации, контроля и др.), направленных на реализацию основной цели производства. Это понятие является отправным для рассмотрения и анализа СУ объектом, качества и эффективности системы, требований к организационным структурам управления.

Любой СУ присущ свой механизм управления, который содержит в себе совокупность рычагов, методов, стимулов экономического и организационного влияния на работников и направленный на эффективное функционирование ТС.

Как нет СУ без механизма управления, так нет и механизма управления без СУ. Для каждого объекта (предприятия, ТС, ТЛ), представляющего собой объект управления, создается СУ, а ее функционирование осуществляется через систему методов, разработанных на основе познания действия объективных экономических законов и законов природы.

Исходя из основной цели производства – повышения эффективности функционирования предприятия можно сделать такие выводы:

1. При формировании организационной структуры управления предприятием необходимо учитывать принципы функционирования систем управления на всех уровнях иерархии;

2. При формировании структуры цели каждого из уровней многоступенчатой СУ необходимо учитывать распределение функций систем управления с их функциональной подчиненностью.

4.7 Моделирование, анализ и синтез систем управления производством

Любое отображение характеризуется избирательностью, т.е. отображают только те свойства объекта и его связи, которые необходимо знать для достижения цели моделирования. Особым преимуществом моделей является то, что они отбрасывают все ненужные или несущественные свойства и характеристики объекта, выделяют только те, которые необходимы для понимания явлений и процессов. Сущность моделирования сводится к замене существующей системы (оригинала) другой системой (моделью), которая позволяет получить необходимые сведения или знания о реальной системе.

Наиболее распространенной ошибкой при моделировании является неправильная постановка (формулирование) задачи, а затем – применение точных математических методов для решения этой задачи., т.е. ошибки переносятся из одной плоскости в другую.

В последнее время стало модным моделирование процессов управления проектами. Такие модели позволяют прогнозировать разработку проекта предприятия, технологической линии, процесса, аппарата. Разработка любого проекта выполняется по четкому плану, ограничена во времени, финансами и качеством, т.е. по определенной модели. Последняя должна отражать реализм, возможности, гибкость, ограниченность затратна проектирование.

Математическое моделирование можно рассматривать как многоуровневую иерархическую систему моделей, для построения которой используют всю систему знаний из фундаментальных и прикладных наук. Эти знания скорее, лучше и удобнее может получить специалист той области науки, к которой относится объект исследования (экономист, технолог, механик и др.). Выбор алгоритма и программы для ЭВМ – это уже совместное дело специалиста и программиста.

Математическая модель требует значительного времени для ее составления, поскольку надо определиться со способом поиска и ввода данных (таблиц, массивов). После того как модель отработана, ее можно использовать многократно. В моделях нижнего уровня математическое решение задачи проще, и в сложных математических методах не нуждается. В сложных случаях (например, в задачах оптимизации) решение задачи требует участия специалистов по математике и программированию. Вывод можно сделать такой: математические модели могут и должны составлять специалисты той области, где используются та или иная модель.

При моделировании систем регулирования и управления технологическими объектами используется общая процедура составления математических моделей. Тем не менее стоит подчеркнуть, что при при формулировании цели управления учитываются особенности функционирования объекта. Это требует составления алгоритмов функционирования и управления объектом.

Алгоритм функционирования ТС – это последовательность действий, которые ведут к правильному выполнению технологического процесса. Иначе говоря, это содержательное описание последовательности выполнения технологических операций и их режимов (технологического регламента), которые необходимо осуществить для получения продукта заданного качества и в заданном количестве с учетом потерь ресурсов разных видов (материалов, энергии, времени, финансов).

Алгоритм управления – это совокупность предписаний, которые определяют характер воздействий извне на управляемый объект для осуществления заданного алгоритма функционирования.

Управление простым объектом сводится к двум типам: логического управления последовательностью операций технологического процесса (пуск – останов, вперед – назад и т.п.) и динамического управления режимами. Динамическое управление сложнее логического, поскольку оно осуществляет формирование переходных процессов объекта, особенно при необходимости решать задачи оптимизации показателей эффективности ТП.

При моделировании любого ТП составляют сначала структурную схему анализа процесса (рис. 4.3), а потом – алгоритм синтеза САУ (рис.4.4). Алгоритм управления, по сути, определяет цель управления и последовательность выполнения операций управления. На основании алгоритма управления проектируются технические средства САУ.

Одной из задач математического моделирования систем автоматического регулирования и управления является получение статических и динамических характеристик ОУ. Динамические характеристики можно получить составлением и решением систем уравнений на основе анализа физических процессов. Использование вычислительных машин позволяет моделировать поведение объекта на основе его математического описания. Если путем математического моделирования не удается исследовать динамические и статические характеристики объекта, то используют статистические методы. При этом необходимые данные получают в процессе эксплуатации объекта.