Системи технологій

1. Технологічні закономірності (принципи)технології.

2. Виробництво продукції машинобудування: призначення та характеристика основних технологічних процесів.

Список використаної літератури.

1. Технологічні закономірності (принципи)технології

Основні або загальні завдання в технології (забезпечення заданих або оптимальних властивостей готової продукції, відповідність виробництва екологічним умовам та безпеки для працюючих, ресурсо- та енергозбереження, інтенсифікація, інформаційне забезпечення виробництва та досягнення найбільшого прибутку) можуть бути реалізовані тільки при врахуванні основних технологічних принципів: найкращого використання сировини, скорочення часу протікання процесів, раціонального використання енергії та устаткування, технологічної домірності та утилізації відходів.

Загальним інтегральним показником довершеності технологічного процесу є питомі або зведені витрати на одиницю готової продукції при обмеженнях за якістю продукції, відсутності або мінімально можливого нанесення шкоди довкіллю та додержання правил техніки безпеки. Додержання цих технологічних принципів можливе тільки з урахуванням фундаментальних фізико-хімічних та біологічних законів одиничних процесів, законів економіки та кібернетики (управління). Будь-яке технологічне рішення не повинно суперечити основним законам науки, має бути на рівні її сучасних досягнень, а також відповідати сучасному стану техніки та сприяти соціальному прогресу.

У зв'язку із суперечливістю деяких вимог вибір оптимального варіанта технологічного процесу можливий прямим перебором великого числа варіантів або використанням сучасних методів оптимізації складних систем з використанням обчислювальної техніки, які знижують витрати на пошук найкращого варіанта[6, c. 37-38].

Розглянемо послідовність принципів найкращого використання сировини, підвищення швидкості процесів, найкращого використання устаткування та енергії, оптимального варіанта та утилізації відходів.

Застосування законів фундаментальних наук іноді дозволяє знайти єдино правильне рішення. Однак у технології, що спирається на цілу систему принципів фундаментальних наук, необхідно враховувати суперечність різних принципів, які, до того ж, обумовлюються конкретними місцем та часом. Тому знайти правильне рішення доволі важко.

Рекомендації, засновані на різних технологічних принципах, можуть суперечити вимогам деяких фізико-хімічних або біологічних закономірностей. Наприклад, додержуючись принципу підвищення швидкості перетворення речовин, треба збільшити поверхню фазового контакту реагуючих фаз. Проте розвинена поверхня контакту в разі значного теплового ефекту реакції може призвести до надлишкового перегріву системи та до роботи при температурах, невигідних для стану рівноваги. Іншим прикладом може бути небажаність застосування теплового протитоку з точки зору якості кінцевого продукту або стійкості конструктивних матеріалів устаткування.

Крім того, основні закони фізики, хімії, біології, економіки та кібернетики часто мають лише якісні характеристики для технологічного процесу. Для їх ефективного використання потрібна кількісна оцінка. Наприклад, при розрахунках одиничних процесів треба знати константи швидкостей реакції, коефіцієнти тепло- та масообміну, властивості проміжних продуктів і робочих агентів у конкретних умовах даної технологічної операції, а при виборі оптимального рішення треба ще й визначити метод розв'язання поставленої задачі.

Найбільш економічний (оптимальний) процес повинен проходити з найбільш можливою швидкістю на всіх етапах при максимальному використанні сировини, мінімальних витратах енергії (ресурсоенергозбереження) та при високому виході кінцевого продукту з одиниці об'єму або робочої площі устаткування. У промисловості через велику вартість та обмежені терміни зберігання сировини суттєвим є принцип найкращого її використання. Основоположним для збільшення швидкості перетворень є принцип збільшення різниці потенціалів. Необхідно також враховувати опір системи перетворенню сировини у готові продукти. Зменшення опору сприяє найкращому використанню енергії та устаткування. Принцип оптимального варіанта полягає в усуненні суперечностей, які виникають при застосуванні перших чотирьох принципів, а також у забезпеченні безперервності, зручності обслуговування, можливості керування тощо. Кількісні оптимальні рішення можна одержати складанням відповідних математичних моделей, які дозволяють використати один із можливих методів оптимізації складних систем з наступним розрахунком на ЕОМ.

Вартість сировини, тобто речовини, з якої виробляють готову продукцію, складає значну частину вартості виробництва. У зв'язку з цим для всіх без винятку виробництв максимальне використання сировини є одним із основних засобів зниження питомих витрат на виготовлення продукції.

Основними показниками якості сировини вважають наявність або концентрацію в ній корисної речовини. Наприклад, у залізній руді міститься (50…70)% заліза, в мідній (0,5…3,0)% міді, в марганцевій (20…50)% марганцю, урану в урановій руді міститься близько 1%. У цукровому буряці міститься (16…24)% цукру. Вихід м'яса становить близько 50% від живої ваги тварини, тощо.

Крім основної сировини використовують допоміжну, яка полегшує вилучення цільового продукту: розчинники при екстрагуванні, піноутворювачі при флотації, поглиначі при адсорбції бажаних або шкідливих (небажаних) речовин.

Наприклад, для вилучення олії з рослинної сировини на кожну тонну сировини витрачають 8 кг бензину. Дуже важливою допоміжною сировиною є вода, оскільки в більшості виробництв без її використання взагалі неможливе виготовлення продукції. Не меншу роль як робочий агент відіграє повітря.

Комплексне використання сировини полягає у переробці всіх її складових частин без відходів. Воно частково розв'язує питання екологічності виробництва, бо при цьому не потрібні витрати на будівництво очисних споруд[4, c. 112-113].

Вважають, що кожні 11 років потреба у сировині у світі подвоюється. Людство вже давно використовує природні ресурси — вугілля, торф, нафту, гази, руди, мінерали, різні солі. А вартість сировини становить (60…70)% собівартості продукту. І хоч поки що підприємства забезпечуються всіма видами сировини, нестача деяких з них стає відчутною, і виникає проблема матеріальних ресурсів. Є декілька способів їх розв'язання:

— використання доступної сировини (природного газу, продуктів нафтопереробки тощо);

— використання концентрованої сировини (з великим вмістом корисних компонентів). Концентрують таку сировину на збагачувальних фабриках, в результаті цього стають дешевшими транспортування і переробка сировини, забезпечується швидке протікання хімічних реакцій та більший вихід продукту;

— заміна харчової сировини нехарчовою. Так, замість жиру для добування миючих засобів використовують парафіни нафти, етиловий спирт добувають не з картоплі, пшениці і жиру, а з етилену, тощо. Для добування 1000 т натурального каучуку необхідна праця 15 500 робітників, а для такої ж кількості синтетичного — тільки 15 робітників. Як бачимо, цей напрям пов'язаний із зменшенням матеріальних та трудових витрат.

Зараз ці концепції переглядаються, оскільки природне паливо (газ, нафта) стає дуже дорогим. При складанні матеріального балансу враховують усі корисні речовини в сировині та їх теоретично можливий вихід на всіх технологічних операціях (основні, допоміжні, інертні). Складання балансу або продуктового розрахунку є важливим та першим етапом як аналізу, так і синтезу технологічної схеми виробництва.

На відміну від матеріального балансу, який складають для дослідження та розрахунку одиничних процесів, продуктовий розрахунок більш близький до дійсних умов протікання процесу, оскільки враховує втрати на всіх етапах технологічного процесу.

Продуктові розрахунки враховують усі можливі відхилення від теоретичного виходу основного продукту, які виникають за термодинамічними (стан рівноваги зворотного ходу реакцій не дозволяє доводити основні перетворення до кінця), кінетичними (теоретична можливість перетворення не досягається через низькі швидкості реакцій) та іншими причинами, обумовленими самим механізмом процесу (наприклад, побічні реакції зменшують вихід основного продукту). За основу матеріального балансу беруть одиницю маси продукту або кількість продукту, який одержують протягом певного періоду (година, доба, рік).

Основні або головні показники якості сільськогосподарської сировини пов'язані з можливостями вилучення певних компонентів (цукру, олії, крохмалю тощо), тому високий вміст потрібного компонента, мінімальна кількість домішок, відсутність пошкоджень, які ведуть до втрат при зберіганні сировини та до погіршення якості продукції, є важливими показниками якості сировини. Якість руд визначається вмістом основного компонента (заліза, міді, урану тощо).

Завищені витрати сировини призводять до зниження потужності технологічних ліній по виходу готового продукту. Для тих галузей промисловості, в яких потужність визначається кількістю переробленої сировини за одиницю часу, від якості сировини залежить кількість виробленої продукції та міра використання устаткування. Завищені витрати сировини призводять до збільшення витрат палива, електроенергії, води на одиницю продукції, тобто призводять до збільшення собівартості продукції.

При виробництві продуктів з особливими вимогами до смаку та аромату (вина, соки тощо) уважно ставляться до підбору сортів з відповідним складом органічних кислот, цукру та інших компонентів, які забезпечують передбачені стандартами показники якості готового продукту. Особливе значення має вибір таких видів сировини, які мають більші періоди зберігання, оскільки при підвищенні припустимих періодів зберігання якісні показники готового продукту знижуються, а вихід його зменшується.

Поряд з чистотою сировини та відсутністю вад і пошкоджень важливе значення мають стандартні розміри та правильна форма сировини. Для вироблення деяких видів продукції спеціально підбирають та вирощують сорти городини та садовини певної форми з незначною глибиною залягання очок, з оптимальною товщиною шкірки тощо. У таких виробництвах якість сировини визначає рівень механізації та автоматизації процесів очищення. У консервній галузі механізація процесів (очищення) можлива при правильній формі та стандартних розмірах городини та садовини. При неправильній формі та різних порушеннях (вадах) використовується ручне доочищення, яке значно знижує ефективність, призводить до перевитрат сировини та підвищення собівартості продукції.

Особливі вимоги до якості сировини ставляться при виробництві дієтичних продуктів та продуктів дитячого харчування, які пов'язані з суворими обмеженнями щодо використання добрив і ядохімікатів при вирощуванні та рільничій обробці землі[5, c. 36-38].

З розвитком технологічних процесів, розширенням асортименту продукції, підвищенням рівня механізації та автоматизації вимоги до якості сировини не тільки підвищуються, а зовсім змінюються.

Вимоги до виведення нових сортів плодів, зерна, олійних та інших культур ставляться перед селекціонерами. Хімічний склад, фізичні властивості та форма сировини повинні відповідати новим прогресивним технологіям та забезпечувати одержання продукції підвищеної якості.

Синтез їжі з неорганічних речовин поки є більше теоретичною науковою проблемою, але породжує проблему знаходження нових видів сировини. Є деякі успіхи у перетворенні природних органічних речовин шляхом використання хімічних та мікробіологічних методів обробки. Технологія в основному складається з операцій по виведенню з органічних сполук окремих складових частин та їх комбінації для створення продуктів з новими поживними і смаковими властивостями з непридатної для виготовлення харчів сировини. Створенням таких технологій можна збільшити харчові ресурси та особливо ресурси білка. Найбільш відомим продуктом є штучна чорна ікра (кав'яр). Основним напрямом досліджень цієї проблеми вважають пошук ефективних методів одержання та використання білків мікробіологічного походження, а також одержання білків із риби, сої, насіння олійних культур, водоростей^ вторинних молочних продуктів та ін.

При розширенні виробництва білків рослинного походження можна буде замінити значну частину м'яса при виготовленні м'ясних продуктів та молока. Для одержання харчового білка поряд з продуктами рослинного походження є можливість використати малоцінні продукти тваринного походження (малоцінну рибу та інші морські організми).

Важливим джерелом білка є дріжджі. З хлібопекарських дріжджів можна одержати чисті білки та амінокислоти у вигляді порошку для збагачення різних мучних продуктів та кулінарних виробів[1, c. 76-78].

Промисловість споживає значну кількість енергії, яка витрачається на безпосереднє здійснення технологічних операцій, транспортування та інші допоміжні операції. Витрати енергії визначають кількістю кіловат-годин на одиницю (маса, об'єм, штука) продукції — для електричної енергії та кількістю палива або теплоти на одиницю продукції — для теплової. Електрична енергія використовується головним чином для приводу машин та апаратів, транспортуючих пристроїв, а іноді для перетворення у теплову. Теплова енергія використовується в основному для технологічних операцій нагрівання, стерилізації, пастеризації, плавлення, сушіння, випаровування, ректифікації та ін. Теплова енергія частіше за все використовується у вигляді пари або гарячої води. Енергоємні підприємства (хімічні, металургійні, цукрові заводи), як правило, мають свої котельні значної потужності та навіть електростанції. У такому разі витрати енергії визначаються одним показником.

На жаль, витрати енергії на виробництво харчових продуктів в Україні майже в 2…4 рази більші, ніж в Європі.

Ефективність використання енергії в технологічному процесі встановлюється за допомогою енергетичного балансу. Основою служить закон збереження маси та енергії.

Частку використання теплоти в технологічному процесі або технологічній операції зображають тепловим ККД або коефіцієнтом використання енергії, під яким розуміють відношення кількості теплоти, що використана на ведення технологічної операції, QT, до загальної кількості витраченої теплоти Q3:

Якщо у ході процесу енергія підводиться або відводиться в іншій формі, то в загальному балансі вона враховується за допомогою відповідних еквівалентів теплоти. У цьому разі кількість енергії, підведеної до системи та одержаної в результаті перетворень (відвід теплоти), має бути рівним кількості енергії, яка витрачається на проведення окремих етапів процесу, перетворюється в інші види енергії та відводиться із системи матеріальними потоками, а також втрачається у навколишнє середовище (втрати теплоти). Для складання теплового балансу необхідно мати кількісні значення питомих теплоємностей, які беруть участь у процесі обміну речовин, теплових ефектів хімічних реакцій (з термохімічних розрахунків) та теплоти фазових перетворень.

На основі цих даних, а також хімічного складу та кількості речовин (витрат) в окремих потоках можна розрахувати теплову частку різних перетворень, які являють собою статті приходу та витрат (балансу) теплоти на окремих етапах та протягом усього технологічного процесу.

Теплові втрати визначаються за відомими формулами, проте вони залежать від умов протікання процесу (потоки матеріалів, товщини стінок та ізоляції). У попередньому балансі їх значення використовують як приблизні, встановлені за даними аналогічних реалізованих раніше процесів. Подібні приблизні значення беруться і для визначення витрат електроенергії (подрібнення, сортування, перемішування, транспортування).

Економії енергії досягають створенням більш сучасних видів устаткування, використанням менш енергоємних технологічних операцій, багатократним використанням теплоти, зменшенням втрат теплоти в довкілля.

Наприклад, у процесі подрібнення твердих тіл вихідний подрібнений продукт повинен містити фракції тільки заданого «непереподрібненого» продукту, а в процесі сушіння його не можна пересушувати. «Переподрібнення» та «пересушування» пов'язані з надлишковими витратами енергії, а крім того можуть привезти до одержання некондиційного продукту.

Одним із засобів економії енергії є вилучення з потоку початкового продукту частинок необхідної кінцевої якості (розмірів, вологості) перед тим, як направити матеріал на подальшу переробку, тобто вилучення будь-якого цільового компонента з початкового потоку.

Поширеним засобом скорочення втрат енергії є використання відпрацьованих теплоносіїв на інших технологічних операціях, проведення яких можливе при більш низьких температурах, а також застосування широко відомого у промисловості методу багатократного використання теплоти основного потоку (охолодження дефлегматорів потоком продукту, багатокорпусні випарні установки тощо). Можливо також зменшити втрати теплової енергії найкращим сполученням (поєднанням) напрямів потоків, заміною випарювання виморожуванням вологи, старанною ізоляцією гарячих поверхонь тощо. Але при цьому треба враховувати і капітальні затрати, що можуть звести нанівець економію енергії[3, c. 42-44].

2. Виробництво продукції машинобудування: призначення та характеристика основних технологічних процесів

Серійне виробництво є основним типом машинобудівного виробництва. Приблизно 80% усієї продукції машинобудування країн світу виготовляється на заводах серійного виробництва (виробництво верстатів, пресів, деревообробних верстатів, текстильних машин, насосів, вентиляторів і т.д.). У серійному виробництві машини виготовляють серіями, а заготовки обробляють партіями.

У серійному виробництві процес виготовлення деталей побудований за принципом диференціації операцій. Окремі операції закріплені за визначеним робочим місцем. Тому виробництво цього типу характеризується необхідністю переналагодження технологічного устаткування при переході на виготовлення деталей іншої партії. Для виконання різних операцій використовують універсальні металорізальні верстати, оснащені як універсальними, так і універсально-збірними і спеціальними пристосуваннями. Знаходять застосування також спеціалізовані, спеціальні автоматизовані, агрегатні верстати. Досить широко використовують верстати з числовим програмним керуванням, у тому числі багатоцільові; одержують поширення гнучкі виробничі системи. Доцільне застосування спеціального різального інструмента, а також застосування спеціальних мірних інструментів і вимірювальних приладів.

При необхідності вибір технологічного устаткування й оснащення повинний бути обґрунтований відповідними техніко-економічними розрахунками. Устаткування може бути розташоване за груповою ознакою чи у вигляді потоку (у крупносерійному виробництві).

У серійному виробництві середня кваліфікація робітників нижча, ніж в одиничному виробництві.

Масове виробництво характеризується великим обсягом випуску виробів, що безперервно виготовляються чи ремонтуються тривалий час, протягом якого на більшості робочих місць виконується одна робоча операція. Для масового виробництва, як правило, Кз.о = 1.

У масовому виробництві застосовують високопродуктивне устаткування: спеціальні, спеціалізовані й агрегатні верстати, верстати для безперервної обробки, багатошпиндельні автомати і напівавтомати, автоматизовані виробничі системи, керовані від ЕОМ, автоматичні лінії. Знаходять також обмежене застосування верстати з ЧПК. Широко застосовується багатолезовий і спеціальний різальний інструмент, швидкодіючі, автоматичні і механізовані пристосування, вимірювальні інструменти і прилади. Для технологічних процесів характерний високий рівень використання засобів автоматизації і комплексної механізації. Типовим прикладом масового виробництва є підприємства, на яких виготовляються автомобілі, трактори, мотоцикли, підшипники кочення, велосипеди, швейні машини і т.д.

У крупносерійному і масовому виробництві широко застосовують потокову організацію виробництва. Вона характеризується розташуванням засобів технологічного оснащення в послідовності виконання операцій технологічного процесу з визначеним інтервалом випуску виробів[2, c. 59-62].

Основним елементом потокового виробництва є потокова лінія, на якій розташовані робочі місця.

Для передачі предмета праці з одного робочого місця на інше застосовують спеціальні транспортні засоби.

Процес виробництва машин складається з 3 стадій:

а) виробництво заготовок (відливок, штамповок, поковок і т. д.), з яких потім виробляють деталі і частини машин. При цьому на одну тонну готової продукції машинобудування необхідно в середньому 1,3—1,6 т металевих заготовок;

б) механічна обробка заготовок за допомогою металорізальних верстатів та виготовлення деталей і вузлів майбутніх машин. При цьому в стружку витрачається до 20—35% всього початкового металу, який разом з металобрухтом потім переплавляється на переробних металургійних підприємствах;

в) складання деталей і частин, у результаті чого створюється нова машина.

Сучасні машини складаються з сотень, а то й тисяч деталей і вузлів. Внаслідок цього недоцільна, а то і практично неможлива концентрація їх виробництва на одному підприємстві. Велика номенклатура виробів, що виготовляються в машинобудуванні, їх складність, а також можливість технологічного роз'єднання машин на окремі вузли і деталі спричиняє участь у виробництві машинобудівної продукції сотень підприємств і організацій різних галузей промисловості. Це сприяє формуванню спеціалізованих підприємств і розвитку кооперованих зв'язків між ними[7, c. 69-70].

Список використаної літератури

1. Вельбой В. Системи технологій: Посіб. для студ. екон. спец. вищих навч. закл.. — Хмельницький : ТУП, 2003. — 339с.

2. Демченко М. Системи технологій: Навч. посіб. / Донецька держ. академія управління. — Донецьк : Видавництво ДонДАУ, 2001. — 314с.

3. Дичковська О. Системи технологій галузей народного господарства: навч. посіб. для студ. вуз. / Ольга Василівна Дичковська,; Ольга Дичковська ; М-во освіти України. Ін-т системних досліджень освіти; Тернопільська акад. народного господарства. — К. : ІСДО, 1995. — 311 с.

4. Дубровська Г. Системи сучасних технологій: навчальний посібник / Галина Дубровська, Анатолій Ткаченко, ; М-во освіти і науки України, Черкаський інженерно-технологічний ін-т. — 2-е вид., перероб. і доп. — К. : Центр навчальної літератури, 2004. — 351 с.

5. Осауленко І. А. Системи технологій: Конспект лекцій. — Черкаси: Черкаський ЦНТЕІ, 2004. — 79с.

6. Руденко П.О., Романенко В.П. Системи технологій. Конспект лекцій. Чернігів. 2002. — 155 с.

7. Технологія машинобудування» Боженко А.А. Львів: Світ, 1996