Теория технологического потока

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ — СПЕЦИАЛИТЕТ серия основана в 1 996 г.



В.А. ПАНФИЛОВ



ТЕОРИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПОТОКА
УЧЕБНИК
3-е издание, стереотипное




Рекомендовано
                        Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Пищевая инженерия»



znanium.com

Москва ИНФРА-М 2019

УДК 664(075.8)
ББК 36-1я73
     П16



      Автор:
         Панфилов Виктор Александрович, доктор технических наук, профессор Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К.А. Тимирязева, профессор, академик РАН

      Рецензенты:
         Антипов С.Т., доктор технических наук, профессор, кафедра машин и аппаратов пищевых производств Воронежской государственной технологической академии;
         Кошевой Е.П., доктор технических наук, профессор, кафедра технологического оборудования пищевых производств Кубанского государственного технического университета

      Панфилов В.А.
П16 Теория технологического потока : учебник / В.А. Панфилов. — 3-е изд., стереотип. — М. : ИНФРА-М, 2019. — 320 с. — (Высшее образование: Специалитет). — www.dx.doi.org/10.12737/textbook_5a66e70 73b6737.70694233.

         ISBN 978-5-16-013844-2 (print)
         ISBN 978-5-16-106524-2 (online)
         Раскрыты закономерности организации, строения, функционирования и развития технологического потока как системы процессов. Большое внимание уделено методам повышения точности, устойчивости и надежности функционирования линий. Описана диагностика линий, изложен системный подход к инженерному прогнозированию развития технологий и оборудования линий.
         Для бакалавров, специалистов и магистров, обучающихся по направлениям «Технологические машины и оборудование», «Проектирование технологических машин и комплексов».

УДК 664(075.8)
ББК 36-1я73


ISBN 978-5-16-013844-2 (print)
ISBN 978-5-16-106524-2 (online)

© Панфилов В.А., 2007, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ
•




Предисловие ко второму изданию ..................................
Введение ........................................................
Глава 1. Организация технологического потока ....................
      1.1. Организация технологического потока как системы процессов ................................................
      1.2. Системность технологического потока ..................
      1.3. Организация технологического потока будущего .........
      1.4. Операция как составная часть потока ..................
      1.5. Эволюция технологического потока .....................
Глава 2. Строение технологического потока .......................
      2.1. Строение технологического потока как системы процессов ................................................
      2.2. Системный анализ технологического потока..............
      2.3. Системный синтез технологического потока..............
      2.4. Моделирование технологического потока ................
      2.5. Системы технологических процессов ....................
Глава 3. Функционирование технологического потока ...............
      3.1. Функционирование технологического потока как системы процессов.....................................
      3.2. Эффективность технологического потока ................
      3.3. Точность и устойчивость технологического потока ......
      3.4. Управляемость технологического потока ................
      3.5. Надежность технологического потока....................
Глава 4. Развитие технологического потока........................
      4.1. Развитие технологического потока как системы процессов ................................................
      4.2. Целостность технологического потока ..................
      4.3. Стохастичность технологического потока ...............
      4.4. Чувствительность технологического потока..............
      4.5. Диалектические противоречия технологического потока . . .
Глава 5. Прогнозирование развития технологического потока .......
      5.1. Прогнозирование развития технологического потока как системы процессов.....................................
      5.2. Прогнозирование развития структуры технологического потока....................................................
      5.3. Прогнозирование развития элементов технологического потока....................................................
      5.4. Прогнозирование развития связей технологического потока....................................................
      5.5. Верификация прогнозов развития технологического потока....................................................
Заключение.......................................................

4
  5
13

14
29
36
43
47
55

55
64
72
82
93
115

128
137
152
179

179
187
205
229
246
275

275

284

293

302

306
315


Список рекомендуемой литературы................................. 319

3

                ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ











   Со времени первого издания учебника прошло почти 15 лет. Эти годы показали, что содержание учебника востребовано. Он сопровождает дисциплину «Теория технологического потока», которую читают студентам старших курсов первой в ряду специальных дисциплин кафедр «Машины и аппараты пищевых производств» вузов России и стран СНГ.
   Более того, теория технологического потока, изложенная в учебнике, стала основой методологических и методических разработок при создании прогрессивных технологий продуктов питания научно-исследовательскими институтами Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Российской академии сельскохозяйственных наук и специальными кафедрами вузов пищевого профиля.
   Дисциплина «Теория технологического потока» полностью соответствует направлению «Пищевая инженерия» и отвечает целям и задачам подготовки инженеров по специальностям «Машины и аппараты пищевых производств» и «Пищевая инженерия малых предприятий».
   Нет сомнений в том, что дисциплина «Теория технологического потока» и подготовленный учебник должны найти свое место в образовательном процессе студентов-технологов разных специальностей.
   Со времени выхода в свет первого издания учебника теория технологического потока не претерпела значительных изменений. Однако ее изложение студентам привело к конкретизации отдельных положений и к разработке понятия «аграрно-пищевая технология», что внесено во второе издание книги.
   Я рад, что имею возможность выразить здесь благодарность профессору С. Т. Антипову и профессору Е. П. Кошевому за то, что они нашли время и силы ознакомиться с рукописью настоящей книги и высказать ряд пожеланий по улучшению ее содержания.
Автор

4

                ВВЕДЕНИЕ











   В книге раскрыты закономерности организации строения, функционирования и развития технологических потоков в перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса. Известно, что технологический поток реализуется в линии, состоящей из машин, аппаратов и агрегатов, согласованных по производительности, и связывающих их транспортирующих устройств. Опыт эксплуатации линий в перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса составляет 50—60 лет.
   Сегодня эффективность технологических линий не удовлетворяет требованиям производства. Технологи и конструкторы, проектировщики и производственники изыскивают возможности повышения эффективности процессов в линиях. В этом поиске каждый из специалистов идет своим путем, соответствующим его специальности. В результате всякий раз решается важная, но частная задача.
   Вот почему необходим междисциплинарный подход к проблеме совершенствования линий, создания линий качественно новых, линий нового поколения.
   Процессы в поточной линии, по существу, являются одним большим процессом (потоком). Поэтому оптимизация процесса только в одном аппарате или одной машине без учета связей с другим оборудованием часто приводит к тому, что весь технологический поток далек от оптимального режима. Изучение процессов в целой линии обусловливает необходимость разработки методов их исследования на основе положений общей теории систем.
   В нашей стране и за рубежом ведутся исследования закономерностей образования систем. В различных сферах человеческой деятельности разрабатывается целостный подход к объектам, процессам и явлениям, представляющим собой органичное соединение элементов различной природы. Такие методологические представления раскрывают природу целостности большого производственного процесса в технологической линии. Становится возможным вскрыть интегративные факторы развития линий, сформулировать направления научных исследований целого производства

5

и обобщить пути решения тех многочисленных задач, которые технологи, проектировщики, конструкторы и производственники решают самыми разнообразными методами.
   Следствием такого подхода является то, что многие самостоятельные и не связанные между собой задачи становятся частными вопросами при решении общей проблемы повышения уровня целостности технологического потока. Поэтому рациональными направлениями исследований с целью развития технологических линий перерабатывающих производств следует считать анализ и синтез системы процессов, выявление факторов, ведущих к распаду ее как органичного целого, и устранение этих факторов, пользуясь известными научными методами. Игнорирование концепции развития технологического потока при проектировании линий приводит к созданию нежизнеспособных систем.
   Несмотря на то что создание простейших орудий труда имеет историю, исчисляемую тысячелетиями, только современное интенсивное развитие технологических систем, быстрая смена их поколений заставили исследователей и создателей техники задуматься над закономерностями технологических потоков.
   Задержка в формировании теории смены поколений систем машин объясняется многими факторами. Отметим некоторые из них.
   Появление сложных многоуровневых искусственных систем относится к середине XX века. Следовательно, проблема анализа и синтеза сложных систем — сравнительно новая проблема.
   Создание сложных систем затруднено разобщенностью исследователей и проектировщиков, каждый из которых занят отдельной подсистемой или узлом; только ведущие специалисты представляют систему в целом. Главный конструктор, к сожалению, часто выполняет и функции администратора, у него нет времени для обобщения опыта.
   В отечественной и зарубежной литературе закономерности организации, строения и функционирования технологических систем не получили должного отражения. Закономерности развития технологических систем практически не исследованы. Отдельные работы, имеющие философскую направленность, содержат обобщения, которые не могут быть эффективно использованы при изучении развития систем конкретного класса и тем более не являются конструктивными для создателей реальных технологических систем.
   Известно, что современное пищевое предприятие как система большого масштаба состоит из взаимосвязанных подсистем, между которыми существуют отношения соподчиненное™ с тремя основными ступенями качества систем (рис. В.1).
   Высшая ступень иерархической структуры пищевого предприятия — это система оперативного управления работой всех цехов, планирования запасов сырья и реализации готовой продукции. Основу средней ступени составляют технологические процессы в поточных линиях как совокупность специфических технологи6

о

Рис. В.1. Системы пищевого предприятия

<§ 5

$ е

Е



ческих операций. Низшую ступень образуют типовые процессы пищевой технологии в определенном машинно-аппаратурном оформлении. Детализация же типового процесса до уровня элементарных физико-химических и микробиологических эффектов и явлений дает, в свою очередь, возможность рассматривать и этот элементарный процесс как сложную систему.
   Развитие пищевой технологии вызывает необходимость моделирования систем средней ступени. Это связано с тем, что создание технологических линий нового поколения уже невозможно

7

без учета комплекса причин, которые обусловливают стохастич-ность непрерывных производственных процессов.
     Системное исследование предполагает не только применение в отношении объекта изучения отдельных понятий (система, подсистема, элемент, структура, связь, окружающая среда и т. п.), но главным образом построение методологической схемы, в которой они были бы тесно взаимосвязаны. Более того, системное исследование предполагает использование закономерностей организации, строения, функционирования и развития систем. Это требует выработки нового стиля работы, связанного с решением комплексных научно-технических проблем, что не всегда просто. Часто бывает легче разобраться во множестве новых явлений в какой-нибудь области, чем принять новую точку зрения на немногие уже изученные явления.
     Основное преимущество системного подхода к проблеме перед традиционным заключается в повышении эффективности труда инженера.
     На данном этапе развития перерабатывающих отраслей не только происходит усложнение инженерной и научной деятельности, но и становится принципиально иным ее объект. Объект системного исследования — технологическая линия в целом, включая и окружающую среду.
     Исследование технологической линии как системы процессов начинают с конечного продукта. Продукт является исходным и ключевым моментом системы. Именно ради движения от исходного сырья к конечному продукту формируется, сохраняется, совершенствуется и развивается технологический поток.
     Чтобы лучше понять значение системного исследования и его отличие от традиционной инженерной и научной деятельности, перечислим задачи, которые им решаются:
     сбор и обработка информации для принятия руководством научно обоснованных решений по совершенствованию технологии и техники;
     разработка общей программы совершенствования системы как основы для взаимной увязки развития отдельных подсистем и элементов;
     системный анализ и системный синтез производственного процесса в линии с целью представления его как системы и последующего моделирования в рамках подсистем;
     установление особенностей функционирования производственного процесса, необходимых для выяснения причин его низкой точности, малой устойчивости и надежности;
     оценка возможности управления линией с помощью статистических методов;
     выявление уровня развития системы путем количественных оценок целостности структуры, чувствительности элементов и стохастичности связей;

8

Результат

'Исходная' информация

пе *

о

5

<и

о

Моделирование

Корректировка

Реализация

Синтез решений

о
1

Анализ проблемной ситуации

§
зз
Б

ф
э ф

§
I о

$ о з: 8е ■О
О

со Б и ф $

§ «J

I ф о

   Перечисленные задачи вызывают необходимость привлечения специалистов различных областей знаний, обеспечения их взаимодействия и взаимопонимания. В этом помогают системные представления самого объекта исследования. В организации системного исследования поточной линии важнейшую роль играет ее иерархическое представление. Каждый уровень иерархии — система, подсистема, элемент — требует своего теоретического окружения. Переход с одного уровня на другой сопровождается сменой математического аппарата, экспериментальных методов.
   Как известно, существующие целостные научные теории по своей внутренней структуре можно разделить на два класса: жестко детерминированные и статистические. Соответственно наличию разных классов научных теорий можно говорить о стиле научного мышления, основанном на принципе жесткой детерминации, и о статистическом, вероятностном стиле мышления. В современной науке практически зарождается новый стиль научного мышления, который обусловлен ее переходом к познанию очень сложных стохастических систем.

   определение направлений развития технологии, оборудования и средств автоматизации;                       •
   прогнозирование перспективы развития системы и ее частей.
   Для выполнения перечисленных задач необходимы специальные исследования, в том числе подготовка информации для принятия руководством решения. При этом выбор даже общего направления работ по модернизации линии оказывается не таким уж простым.
   Каждая задача решается, по существу, выполнением одних и тех же операций в определенной последовательности (рис. В.2).

Рис. В.2. Последовательность операций при решении задач системного исследования

О и
OS 'Ъ

—* Оценка и выбор альтернатив



9

В связи с этим основу современных методов исследования необходимо прежде всего связывать с разработкой средств преодоления новых сложностей.
   Говоря об организации собственно системных исследований, необходимо также определить место исследователей и связи их с другими группами специалистов (проектировщиками, конструкторами, эксплуатационниками и др.) при решении проблемы развития линии.
   Рассмотрим схему (рис. В.З). Процедурные связи (непрерывные линии) показывают движение продукции и последовательность создания инженерного объекта: исследование, изобретательство, проектирование, изготовление, эксплуатация. Рефлексивные связи (штриховые линии) характеризуют осознание задач и полученных эмпирических данных, которые либо последовательно «выталкиваются» на каждый более высокий уровень, либо непосредственно переносятся на уровень координационного и методического руководства. В целом эта схема отражает структуру

ф
■8Рис. В.З. Структура системотехнической деятельности специалистов в создании технологической линии нового поколения

Координационное и методическ ое Научные [знания руководство-------------------••--— Изобретательство —

Проектирование

Внедрение g

инженерного объекта

10