Лекция № 2. Современные технологические процессы как экономические объекты

Технологический процесс представляет собой совокупность (последовательный набор) операций по добыче или переработке сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию и составляет основу любого производстенного процесса. Каждый технологический процесс может быть расчленен на определенное число типовых технологических операций и представлен в виде технологической схемы, в которой способ производства излагается в форме последовательного описания операций, протекающих в соответствующем оборудовании. Под операцией понимается законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно, как правило на одном рабочем месте. Местом работы называют соответственно оборудованную площадь в цехе, на участке или на другой территории или возле оборудования, которая предназначена для выполнения определенного технологического процесса.

Элементы производства, влияющие на технологию и качество продукции:

1. сырье - природные (получают в готовом виде из недр Земли, из различных горных пород, растений) или искусственные (получают из природных материалов) материалы, используемые для производства продукции; они в свою очередь делятся на органические (природное - шерсть, хлопок, древесина; искусственное - вискозное, ацетатное волокно) и минеральные (природное – железная руда, гипс, мед ; искусственное - силикатные, металлические волокна);

2. полуфабрикат - продукт, изготавливаемый на одном участке производства и используемый для выработки продукции на другом участке. Часто полуфабрикат выступает в качестве готовой продукции.

Результатом технологического процесса является какая-либо трансформация объекта производства, связанная с каким-либо изменением формы, состояния или положения этого объекта в процессе его изготовления и доставки к потребителю. В то время как результатом производственного процесса является готовая продукция, которая может быть использована в соответствии с ее назначением потребителями.

Таким образом, технологический процесс является частью производственного процесса, а производственный процесс - сочетание технологического и других вспомогательных процессов, в частности, транспортировка, контроль продукции, подготовка производства, эксплуатация зданий, оборудования и др; совокупность действий в результате которых обрабатываемые материалы (сырье, полуфабрикаты, заготовки, детали) превращаются в готовую продукцию, соответствующую своему назначению.

На рисунке 1 в схематическом виде выражен смысл понятия «технологический процесс», имеющий универсальный характер, т.е. эта схема применима к любому технологическому процессу.

Для выполнения технологического процесса на любом предприятии необходимы сырье, оборудование и другие материалы, энергия, необходимое информационное обеспечение в виде конструкторско-технологической документации, в соответствии с требованиями которой операторы (исполнители) осуществляют свою трудовую деятельность. В результате выполнения предусмотренной работы изменяется либо форма объекта (например, лист металла разрезается на несколько частей), либо состояние исходного материала объекта (например, в результате тепловой обработки металла изменена его внутренняя структура и соответственно изменены его физические свойства), либо изменяется положение объекта (произведено соединение нескольких отдельных составных частей в одно целое).

Рис. 1. Схематическое представление технологического процесса

Изменения, указанные выше, могут, например, выполняться в виде трех отдельных технологических процессов, но могут быть объединены в один или два технологических процесса. Целесообразность того или иного решения определяется конкретно для каждого объекта технологической деятельности.

Классификация технологических процессов может быть произведена на основе различных признаков: способа организации технологических процессов, вида используемого сырья, способов и кратности его обработки и т.д. (рис. 2). Целью такой классификации является выделение характерных черт, общих закономерностей межотраслевых процессов, группируемых по организационным, сырьевым и технологическим признакам.

По способу организации технологические процессы делятся на дискретные (периодические), непрерывные и смешанные (комбинированные) (рис. 3).

Дискретный (периодический) технологический процесс (например, литье в форму, выплавка стали, производство кокса в коксовых батареях) (рис. 3а) проводятся на оборудовании, которое загружается исходными материалами через определенные промежутки времени; после их обработки полученный продукт выгружается. Такие технологические процессы распространены в машиностроении, строительстве, добывающих отраслях.

Их недостатками являются потери рабочего времени и большие затраты труда в ходе вспомогательных процессов. Помимо этого, в них не обеспечивается стабильность технологического режима в начале и в конце процесса, что может привести к снижению качества продукции. Именно поэтому производительность периодических процессов очень низка.

Рис. 2. Классификация технологических процессов

Непрерывные процессы (например, переработка нефти, производство цемента, разливка стали) (рис. 3б) осуществляются в аппаратах, где поступление и выгрузка материалов идут непрерывно. Такие процессы характерны для химической промышленности. По сравнению с периодическими процессами они имеют такие преимущества:

1. отсутствие простоев оборудования, перерывов в выпуске конечных продуктов;

2. большая производительность агрегатов;

3. стабильность технологического режима (температура, давление);

4. возможность полной автоматизации и механизации производства;

5. большая стабильность качества готовой продукции и т.д.

По этим причинам основной тенденцией современного промышленного производства является замена периодических процессов непрерывными. Вместе с тем в ряде случаев (небольшие предприятия с широкой номенклатурой выпускаемой продукции, опытные производства и др.) важны и периодические процессы, поскольку удается в этом случае создать более гибкое производство, которое легко приспособить к меняющимся условиям, при меньших затратах.

Рис. 3. Схемы технологических процессов:

а – периодических, б – непрерывных, в-д - комбинированных

В металлургии, энергетике имеют место комбинированные процессы, в которых наблюдается сочетание непрерывных и дискретных процессов. Примером может служить работа доменной печи, коксование угля. В комбинированных процессах можно периодически подавать сырье в агрегат и непрерывно выводить из него продукцию (рис. 3в), или наоборот, непрерывно подавать в агрегат сырье, а периодически выводить полученный продукт (рис. 3г). Кроме того, возможен еще один вариант, при котором периодически подают в агрегат одну составляющую сырья, и непрерывно другую, а выводят продукцию из агрегата непрерывно (рис. 3д).

По кратности обработки сырья в технологиях различают процессы:

• с разомкнутой (открытой) схемой (рис. 4а), в которой материал подвергается однократной обработке (конверторный способ получения стали);

• с замкнутой (круговой, циклической) схемой (рис. 4б), в которой исходный или вспомогательный материал неоднократно возвращается в начальную стадию процесса для повторной обработки, а иногда для регенерации (восстановления) утерянных свойств (примером могут служить каталитические химико-технологические процессы, в большинстве из которых применяют один и тот же катализатор, - используется при производстве кислот, спиртов, лекарственных средств и др.);

• смешанные (комбинированные) (рис. 4в), сочетающие свойства обоих указанных типов (производство серной кислоты нитрозным способом). В этих процессах основное сырье может превращаться в продукцию за один цикл пребывания в агрегате, а дополнительное сырье используется многократно.

Очевидно, что наиболее привлекательны циклические (с замкнутой схемой) процессы, поскольку они позволяют многократно использовать и экономить электроэнергию, воду и сырье, являются основой безотходных и энергосберегающих технологий.

а)

б)

в)

Рис. 4. Схемы технологических процессов:

а – открытый, б – замкнутый, в - комбинированный

В зависимости от доли отдельных элементов затрат в себестоимости продукции, технологические процессы можно сгруппировать следующим образом:

• трудоемкие, к числу которых прежде всего относятся процессы, относящиеся к добывающим производствам;

• материалоемкис (например, для текстильных, пищевых производств и др.);

• энергоемкие (цветная и черная металлургия, ряд химических производств и др.);

• фондоемкие, т.е. имеющие большие затраты, связанные с использованием дорогостоящих сооружении, оборудования и т.д. (производство электроэнергии);

• смешанные (машиностроительные производства, где велики затраты и на материалы, и на зарплату из-за высокой трудоемкости и др.).

По направлению движения сырьевых и тепловых потоков в агрегатах технологические процессы делятся на односторонние, встречные и перекрестные.

Одностронние - технологические процессы, в ходе которых сырьевой и тепловой потоки в агрегатах двигаются параллельно в одном направлении (рис. 5а) (смешивание газов, жидкостей и т.д.). Встречные - технологические процессы, в ходе которых сырьевой и тепловой потоки в агрегатах двигаются навстречу друг другу (рис. 5б) (производство кислот, минеральных удобрений, сахара и т.д.). Встречные процессы эффективнее, чем одностронние для обмена теплотой. Перекрестные - технологические процессы, в ходе которых сырьевой и тепловой потоки в агрегатах двигаются перпендикулярно (рис. 5в) (производство серной кислоты, стали и т.д.).

Рис. 5. Схема движения сырьевых и тепловых потоков в агрегатах:

а – односторонние, б – встречные, в – перекрестные