4.1. Развитие технологического потока как системы процессов
Развитие технологического потока есть комплекс разнохарактерных изменений, которые вызывают качественное преобразование всей системы в целом.
Создание нового технологического потока – это развитие под влиянием внутренних и внешних условий новых элементов, новых связей и даже новой структуры. Эти элементы и связи в сочетании с элементами старого вида образуют качественно новую технологическую систему, отличающуюся от старой наличием ряда функциональных особенностей.
Взаимоотношения функции и структуры в процессе развития характеризуются не только единством, но и противоречиями между ними.
Разрешение противоречий возможно также путем полного или частичного «сбрасывания» реализуемого набора функций. При этом структура, обычно несколько видоизмененная, может использоваться для реализации иной совокупности функций.
Современная технологическая система первоначально возникла из несистемных образований и постепенно приобретала собственные системные качества.
Системное развитие технологического потока. Процесс формирования новой технологической системы – естественный исторический процесс. Динамика этого процесса обусловлена объективными закономерностями развития перерабатывающих отраслей.
Технологическая система имеет свою историю, начало и конец, проходит стадии зарождения, становления и упадка. При этом важно различать развитие системы и системное развитие. Когда речь идет о развитии системы, то имеется в виду, что в ней происходят некоторые преобразования. Но это развитие может протекать бессистемно, когда один компонент опережает в своем развитии другой в ущерб ему, когда в структуре системы возникают диспропорции.
Системное развитие означает развитие организованное, программированное, когда изменение каждого элемента согласовано с изменением других элементов и системы в целом.
Системная точка зрения на технологический поток позволяет выяснить не только статику объекта, т. е. отличие данного объекта от множества других того же назначения, но и динамику объекта, т. е. переход объекта в различные состояния и превращения одного объекта в другой.
Наиболее эффективными и жизнеспособными являются те системы, в которых расширение функциональных возможностей элементов, находящихся на различных уровнях иерархии системы, опережает рост их сложности.
Многофункциональность можно определить в первом приближении как способность объекта реализовать неединичный набор функций. Многофункциональное использование элементов и многофункциональные элементы – два основных аспекта многофункциональности.
Создание высокоэффективных технологических систем исторически связано следующим образом: от первого аспекта ко второму, т. е. сознательному формированию многофункциональных модулей. Поэтому в современных усло-виях необходимо создавать многофункциональные машины и аппараты, пере-налаживаемые при изменении технологических процессов, видов выпускае-мых изделий и производимых работ, а также широко применять при создании новых машин модульный принцип с использованием унифицированных узлов.
Весьма актуальной является перспектива автоматизации технологического потока. В настоящее время автоматизируются, как правило, процессы существующих технологий, что не всегда приводит к положительным результатам: увеличивается количество вспомогательных работ, численность персонала и т. д. Задача состоит в том, чтобы разрабатывать такие технологии, в основу которых заранее положены процессы с возможной автоматизацией.
Перспектива адаптации технологического потока. Адаптация производства и продукции является необходимой и важнейшей основой эффективного развития технологического потока. Адаптация в технологических системах представляет собой сложный процесс взаимного приспособления производства и продукции, обусловленный, с одной стороны, характером производственного потребления, с другой – спецификой той продукции, к изготовлению которой должны адаптироваться компоненты производства.
4.2. Целостность, стохастичность, чувствительность и противоречия технологического потока
Технологические процессы в перерабатывающих отраслях, рассчитанные на выпуск большого количества одинаковых изделий, являются процессами массового производства. Основной технической характеристикой таких процессов является стабильность как фактор целостности системы.
Понятие стабильности более широкое, чем понятие устойчивости. Стабильный процесс – это процесс, утвердившийся на определенном уровне устойчивости. И если устойчивость характеризует качество функционирования системы, то стабильность характеризует уровень организованности, целостности, развития системы.
Уровень целостности технологического потока. Величина уровня целостности технологического потока во многом зависит от отрезка времени, за который производится диагностика, и поля допуска на выход подсистем. Чем меньше отрезок времени и шире поле допуска, тем выше, при прочих равных условиях, значение уровня целостности системы.
Выбор направления развития технологического потока. Не всякую линию, работающую сегодня в промышленности, целесообразно оснащать средствами автоматического регулирования и управления. Сначала надо уста-новить величину уровня целостности линии и в соответствии с результатами исследования разработать программу ее развития. Величина уровня целостности может служить показателем готовности линии к приему средств автоматизации. В процессе развития технологических систем их уровень целостности повышается. Функциональная целостность системы рассматривается в ее отношении к внешней среде, структурная – в отношении к ее составным час-тям.
Повышение функциональной целостности технологических систем выра-жается в расширении функциональных возможностей системы, соответствующих требованиям внешней среды при минимальных усложнениях ее структурной организации. Повышение структурной целостности достигается уменьшением числа элементов и упрощением связей между ними, т. е. увеличением степени однородности структуры. Повышению структурной целостности способствует сокращение числа физических принципов, используемых для создания системы.
В процессе прогрессивного развития технологической системы повышается ее целостность, а сама она может перейти в подсистему более сложной системы. В конечном итоге повышение целостности может привести к транс-формации системы в элемент, сохраняющий функциональные свойства системы.
Повышение уровня целостности системы приводит к снижению удельных затрат, необходимых для реализации единичной функции. Отметим также, что развитие всех систем происходит в направлении сокращения удельных габаритов и массы. Плохо организованная система вследствие огромного количества системоразрушающих факторов очень затрудняет работу по ее усовершенствованию. Но и чрезмерно организованная система с высоким уровнем целостности снижает возможности по ее усовершенствованию.
Целостность – важнейшая характеристика технологического потока, отражающая меру организованности, системности технологии. Целостность оценивается в результате диагностики (эксперимента на линии). Численное значение уровня целостности позволяет сделать достоверный вывод о целесообразном направлении развития линии, в результате чего уровень целостности должен возрасти. Эти направления связаны с совершенствованием самой технологии, оборудования и средств автоматизации.
Стохастичность технологического потока присуща любой технологии. Практический интерес представляет уровень стохастичности, который оценивается рядом характеристик распределений величин выхода отдельных подсистем. В технологических системах целесообразность в развитии возникает при определенном соотношении годной и дефектной продукции на выходе подсистем и системы в целом.
Качество связей в технологическом потоке. Вероятностный «образ жизни» технологического потока является следствием наложения и пересечения большого количества входных, управляющих и возмущающих факторов. Ввиду того что количество факторов, влияющих на выход подсистемы, обычно велико (более 10), отбор наиболее значимых проводят в два этапа, используя на первом этапе метод априорного ранжирования факторов, а на втором – разведывательные однофакторные эксперименты с тщательным анализом их результатов.
Метод априорного ранжирования факторов применяется в тех случаях, когда круг факторов нужно сузить с 15–20 до 5–10. Априорное ранжирование факторов и однофакторные эксперименты нужно рассматривать как сбор информации о процессе на линии и как обязательный подготовительный период к выполнению в кратчайшее время и с наименьшими затратами много-факторного эксперимента в условиях производства. Стохастическая связь обнаруживается лишь при массовом изучении признаков и проявляется в том, что одна случайная величина реагирует на изменения другой изменениями своего распределения.
Анализ результатов проведенных однофакторных экспериментов дает возможность установить закон распределения случайных величин, оценить статистическую однородность данных, полученных в разное время и на разных режимах работы линии, а также методическую погрешность опытов. Все это позволяет объективно оценить достоверность результатов эксперимента.
Эксперимент в условиях массового производства связан с выборкой объектов (например, отформованных изделий, порций массы или доз жидкости), по которой нужно сделать заключение об изучаемой совокупности. Результаты изучения выборки переносят на всю совокупность, если она достаточна по объему и качественно однородна.
Принятая система отбора должна быть случайной во времени и пространстве, чтобы исключить периодичность в распределении изучаемых признаков. В противном случае структура выборки не будет отражать структуру совокупности. Собранный материал будет искажен, смещен, и его нельзя будет обрабатывать статистически.
Оценка качества связей в технологическом потоке. Каждый из факторов устанавливается поочередно на верхний и нижний уровни. Значения уровней берутся крайними из тех, которые эти факторы принимают при номинальном режиме работы линии. Стохастическая связь между выходом и входом подсистемы выражается в том, что каждому новому значению входа соответствует распределение случайной величины выхода.
Уровень стохастичности связей в технологическом потоке. Наиболее простым и имеющим важное практическое значение видом стохастических связей является корреляционная связь между двумя случайными величинами, выражающаяся в том, что на изменение одной случайной величины другая случайная величина реагирует изменением своего математического ожидания или среднего значения. Понятие корреляционной связи является более узким, чем понятие стохастической связи.
Чувствительность технологического потока. Оценка чувствительности процесса в линии связана с изучением реакции технологической системы на изменение управляющих параметров. Это позволяет целенаправленно изменять их, для того чтобы критерий качества продукта стремился к необходимому экстремуму. Поэтому методы теории чувствительности являются необходимым аппаратом при совершенствовании технологических систем.
Цель методов – определить чувствительность исследуемого процесса, которая выражается с помощью коэффициентов влияния.
Мера чувствительности технологического потока. Производственный процесс всегда протекает с погрешностями относительно идеального технологического процесса. Погрешность состояния производственного процесса вы-зывается тремя группами ошибок:
ограниченными возможностями предприятия по поддержанию рекомендованных режимов эксплуатации оборудования, воздействием климатических условий цеха, несоответствием рабочих характеристик требуемым и др.;
погрешностями в дозировании и качестве сырья;
ошибками управления производственным процессом, обусловленными несовершенством процессов в машинах и аппаратах.
Для вычисления составляющей ошибки управления необходимо знать погрешность в параметре и коэффициент влияния, который и является мерой чувствительности элемента технологической системы к вариациям управляющих параметров.
Оценка коэффициентов влияния. Установить коэффициенты влияния можно, используя рациональные методы математического моделирования технологических процессов. В условиях действующих поточных линий задача заключается в том, чтобы по данным наблюдений о входах и выходах объекта построить его модель. Входные и выходные переменные объекта носят случайный характер, в связи с чем для обработки экспериментальных данных прив-лекаются статистические модели и конечный результат исследования получается в форме вероятностно-статистических оценок. Решение задачи может быть найдено применением двух различных стратегий: активным и пассивным экспериментами.
При цели снизить чувствительность процесса в машине или аппарате путем адаптации конструкций их рабочих органов выбирают в качестве целеевой функции статистическую характеристику рассеяния показателя качества выхода данного процесса (например, среднее квадратичное отклонение). Снижение чувствительности процессов в машинах и аппаратах к колебаниям входных параметров и защита производственных процессов от факторов внешней среды – необходимые условия для уменьшения колебания параметров выхода процессов. Развитие поточных линий пищевых производств связано, в частности, со снижением чувствительности процессов к колебаниям входных пара-метров в ведущем оборудовании, т. е. к реакции процесса на внешние воз-действия.
Противоречия технологического потока. Каждая технологическая система содержит определенное единство противоположностей – источник дальнейшего развития. Основное противоречие всей системы порождает «дерево противоречий», отражающее противоречие отдельных уровней функционально-структурной организации системы.
Противоречие каждого уровня системы представляет собой противоречие между функциями, реализуемыми на данном уровне, и структурной организацией соответствующего уровня, т. е. является противоречием между формой и содержанием этого уровня системы. Противоречия на различных уровнях системной организации образуют многоуровневую, иерархическую систему противоречий – «дерево противоречий» системы. Целью анализа узких мест в системе является поиск ключевых противоречий, возникающих при создании новой системы.
При создании новых технологических систем необходимо делать упор на качество и оригинальность технических решений, простоту их реализации. Необходимо учитывать, что простые системы создать труднее, чем сложные, но эффект от их реализации окупает все затраты.
Проблема преодоления противоречий разрешается уменьшением количественных характеристик его противоречий. Это может быть достигнуто, например, за счет создания многофункциональных частей технологического потока, использования нетрадиционных способов подвода энергии к обрабатываемому сырью, новых способов превращения сырья в продукт.
Часть системы (подсистема, элемент), изменение или определенное состояние которой связывает между собой положительный и нежелательный эффекты, может быть названа узлом противоречия. Основное техническое противоречие в технологической системе, которое может разрешаться на разных уровнях, заключается в снижении качества продукции при увеличении производительности поточной линии.
Закономерности в разрешении противоречий технологического пото-ка. «Дерево противоречий» является программным документом для разработки системы. На основе противоречий определяются требования к функциональ-ным и конструктивным модулям системы, которые позволяют рассмотреть возможность применения модулей аналогичного (близкого) функционального назначения, используемых не только в родственных, но и в смежных системах.
При разработке технологической системы реализация заданных функций должна осуществляться на основе минимального числа многофункциональных модулей.
Диалектическая противоречивость взаимоотношения функции и структуры (содержания и формы) особенно отчетливо обнаруживается в процессах становления и развития сложных систем, обладающих четко выраженной целостностью.
Основные закономерности технологического потока. Строение технологической системы как совокупности элементов и связей, образующих структуру, требует определенной целостности. Достигнуть этого можно, располагая элементами, которые характеризуют технологические операции, обусловленные спецификой физико-химических и микробиологических процессов и конструкцией рабочих органов машин и аппаратов; связями (материальные, энергетические и информационные потоки в производственном процессе); структурой, которую олицетворяет технология производства.
Для функционирования технологической системы необходимо сохранить уровень ее целостности, обусловленный противодействием системосохраняющих и системоразрушающих факторов: элементов (осуществлять технологические операции с допустимыми отклонениями выходов физико-химических и микробиологических процессов), связей (поддерживать величины материальных, энергетических и информационных потоков на определенном уровне) и структуры (обеспечивать пространственно-временную организацию технологии).
Для развития технологической системы необходимо повышать уровень ее целостности за счет совершенствования элементов (снижать чувствительность физико-химических и микробиологических процессов к колебаниям входных параметров путем адаптации конструкций рабочих органов машин и аппаратов), связей (повышать эффективность материальных, энергетических и прежде всего информационных потоков путем автоматизации производственного процесса), структуры (упрощать и адаптировать технологии).
Закономерности функционирования и развития технологической системы нельзя противопоставлять. Они органически взаимосвязаны и реализуют их взаимодействие, обеспечивая тем самым прогресс в технологии и технике. Познание закономерностей функционирования позволяет раскрыть закономерности развития технологической системы.
Функционирование – это источник и основа развития системы, поскольку именно на стадии функционирования возникают предпосылки и возможности для перехода системы на более высокую ступень ее совершенствования.
Познание закономерности строения, функционирования и развития в их единстве и взаимосвязи позволяет осуществлять качественные преобразования технологической системы на основе присущих ей глубоких объективных тенденций. Знание закономерностей технологической системы дает возможность обеспечить ее оптимальное функционирование при сохранении на длительный период присущей ей качественной специфики. Необходимо различать и размежевывать закономерности функционирования и закономерности развития технологических систем.
Закономерности функционирования отражают структуру системы, состав и взаимодействие ее элементов, пространственно-временные связи между эле-ментами системы, процессы взаимодействия системы с внешней средой.
Закономерности развития характеризуют механизмы качественного преобразования систем определенного класса и позволяют определить путь качественного преобразования систем определенного функционального назначения, научно обосновать прогноз их развития и правильно организовать этапы проектирования, создания, эксплуатации и снятия их с производства. Знание закономерностей развития технологических систем помогает сформулировать концепцию разработки систем – перейти к созданию «развивающихся», наращиваемых систем, а также систем с адаптационно-перестраиваемой функционально-структурной организацией. «Саморазвитие» технологической системы возможно при повышении степени адаптации системы к воздействиям внешней среды, а также при повышении эффективности ее функционирования.
Контрольные вопросы.
Каковы закономерности процесса развития технологического потока как системы?
Каковы характерные черты технологических систем, перспективных с точки зрения развития?
Что вы понимаете под стабильностью функционирования подсистемы? Каковы методы ее оценки?
Каким образом в выражении для оценки уровня целостности системы находит отражение ее структура?
В чем конкретно проявляется стохастичность технологического потока и каким образом можно оценить ее снижение или увеличение?
Что такое коэффициент корреляции и в каких пределах он изменяется?
Какая величина является мерой чувствительности технологического потока, операции, процесса?
Почему развитие технологического потока связано, в частности, с понижением чувствительности процессов в машинах и аппаратах?
Что вы понимаете под техническим противоречием технологического потока?
Почему развитие технологической линии диалектически связано с разрешением одного или нескольких технических противоречий?