Пути и закономерности развития технологических процессов

Классификация технологических процессов

В основу классификации технологических процессов по­ложены различные признаки, такие как: вид воздействия на сырье и характер его качественных изменений; способ органи­зации производства; кратность обработки сырья.

По характеру качественных изменений сырья техноло­гические процессы подразделяются на физические, механи­ческие и химические процессы.

При физических и механических процессах переработки сырья происходит изменение размеров, формы и физических свойств сырья. При этом внутреннее строение и состав вещест­ва не изменяется. Например: изготовление метал­лических деталей методом обработки резанием; дробление, измельчение веще­ства; приготовление растворов и т.п.

Химические процессы характеризуются изменением не только физических свойств, но и агрегатного состояния, химического состава и внутренне­го строения вещества. Например, обжигом до спекания частиц сырьевой смеси получают портландцементный клинкер, вяжущие свойства которого обусловлены возникновением при высокой температуре (14500 оС) новых химических соединений (новообразований). Химической переработкой топлива (коксования углей) получают бензол, нафталин, во­дород, метан, этилен и другие продукты.

Однако деление про­цессов на физические, механические и химические является условным, так как трудно провести четкую границу между ними, поскольку механические процессы часто сопровождаются изменением и физических, и химических свойств.

По способу организации технологические процессы делятся на дискретные (прерывистые) и непрерывные процессы.

Дискретный технологический процесс характеризуется чередованием рабочих и вспомогательных ходов с четким разграничением их по времени реализации. Например, при металлообработке происходят установка детали в патрон станка (вспомогательный ход), подвод режущего инструмента (вспомогательный ход), обработка заготовки режущим инструментом (рабочий ход), контроль (вспомогательный ход) снятие детали со станка, установка в патрон станка новой заготовки и т.д. (вспомогательный ход).

Такие технологические процессы чаще всего распространены в машиностроении, строительстве, добывающих отраслях промышленности. Недостатком дискретных технологических процессов являются потери рабочего времени в процессе выполнения вспомогательных ходов, так как в это время простаивает основное технологическое оборудование, и выпуск продукции не производится. Затраты труда увеличиваются. Так, в обработке металлов резанием доля основного (технологического) времени в штучном времени составляет менее 50%.

Непрерывные процессы отличаются тем, что они не имеют резко выраженного чередования (во времени осуществления) рабочего и вспомогательного ходов. В них всегда можно выделить группу вспомогательных ходов, которые осуществляются одновременно с рабочими, и группу вспомога­тельных ходов, которые периодически повторяются во времени, в зависимости от результатов рабочего хода. Такие процессы, характерны для химической промышленности металлургии, энергетике.

По кратности обработки сырья технологические про­цессы подразделяются на процессы с открытой (разомкну­той) схемой и процессы с циркуляционной (замкнутой) схемой. В процессах с разомкнутой схемой сырье подверга­ется однократной обработке. В процессах с замкнутой схемой сырье неоднократно воз­вращается в начальную стадию процесса для последующей обра­ботки. Примером процесса с открытой схемой производства может служить любая технология, в которой вход (начальная операция) и выход (заключительная операция) не соединяются — технология изготовления бетона.

Процесс с замкнутой схемой — оборотное водоснабжение (циркуляция воды в технологическом процессе после ее очистки).

Процессы с замкнутой схемой производства являются более экономичными и экологически безвредными, хотя они и отличаются большей сложностью.

Эти процессы необходимы при переводе технологии на безотходную.

В производстве часто применяются процессы, сочетающие элементы открытой и закрытой схем. Примером такого процесса может служить технологический процесс производства азотной кислоты, в котором одни промежуточные продукты обрабатываются по открытой схеме, проходя последовательно ряд аппаратов, а другие циркулируют по замкнутой схеме.

В общем виде любой технологический процесс можно рассматривать в виде кибернетической схемы, имеющую вход, «черный ящик» и выход.

На входе – исходные ресурсы и их свойства, на выходе – готовый продукт с конкретными характеристиками, «черный ящик» - все возможные способы изготовления продукта (изделия).

Исходя из структуры технологического процесса, можно вы­делить два направления совершенствования технологических процессов - совершенствование вспомогательных ходов и со­вершенствование рабочих ходов.

Совершенствование вспомогательных ходов, связанное с движением исполнительных механизмов, может осущест­вляться по следующей схеме. Действия человека можно заме­нять действиями механизмов, затем осуществляется переход к комплексной механизации, которую, в свою очередь, сме­няет автоматизация вспомогательных ходов.

Одновременно с этим происходит замена оборудования на более мощное, и ус­коряются движения исполнительных механизмов.

Практичес­ки любое кинематическое движение можно реализовать с помощью различных механизмов, не представляет собой тех­нической трудности и автоматизация этих движений.

Ограни­чения могут возникать по экономическим соображениям, соображениям надежности или целесообразности.

Механизация и автоматизация, ускорение движения ис­полнительных механизмов приводят к сокращению промежу­тков между рабочими ходами и обеспечивают рост произ­водительности живого труда. Но при этом сущность рабочего хода, а, следовательно, и самого технологического процесса не меняется.

Отсутствие изменения сущности технологичес­кого процесса при совершенствовании вспомогательных хо­дов позволяет определить этот путь развития как эволюцион­ный.

По­добная схема развития процесса напоминает реализацию большого ряда рационализаторских предложений, которые хотя и улучшают процесс, но изобретениями считаться не могут. Процесс носит рационалистический характер.

Совершенно другой принцип развития технологических процессов реализуется при совершенствовании рабочего хода.

При таком направлении развития возможны самые раз­личные технические решения, использующие достижения различных областей знаний, реализующие новые и нетради­ционные технологии.

Речь идет именно о корен­ном, революционном изменении сущности рабочего хода, а не об его интенсификации.

В большинстве случаев результат таких изменений или не всегда точно можно предсказать, или он ясен, но техническое осуществление замысла сопряжено с большими трудностями.

Именно совершенствование рабочего хода позволя­ет охарактеризовать данный путь развития как революцион­ный. Непредсказуемость результатов при совершенствовании технологических процессов подобным образом, наличие не­традиционных технических решений позволяют говорить об эвристическом характере этого процесса.

Можно сформулировать следующие основные свойства тех­нических решений, реализуемых при развитии технологических процессов по эволюционному или революционному пути.

Группа технических решений эволюционного типа харак­теризуется следующими свойствами:

1. Внедрение механизации и автоматизации обязательно связано с увеличением вооруженности рабочего и, следова­тельно, с ростом прошлого труда в единице продукта.

2. Внедрение эволюционных технических решений умень­шает количество затраченного живого труда в единице про­дукта и в большинстве случаев вызывает повышение его производительности.

3. Эффективность технических решений эволюционного типа падает по мере роста производительности труда.

Снижение эффективности обусловлено тем, что по мере усложнения технологического оборудования его модерниза­ция требует еще большего усложнения, а, следовательно, все больших затрат.

Группа технических решений революционного типа ха­рактеризуется следующими свойствами:

1. Технические решения революционного типа всегда более эффективны, чем эволюционного того же назначения.

2. Уменьшение суммарных затрат труда при революцион­ных решениях может осуществляться в результате уменьше­ния как живого, так и прошлого труда на единицу продукта.

3. Революционный путь развития носит неограниченный характер.

Для выявления вариантов развития технологических процессов необходимо знать возможный характер изменения абсолютных величин живого и прошлого труда в единице продукции с ростом производительности труда.

Рост производительности труда возможен только при умень­шении величины живого труда по мере развития технологичес­кого процесса. Технически возможен вариант развития в результате уменьшения суммарного труда при увеличении жи­вого и уменьшении прошлого труда. Характер подобных реше­ний не совпадает с общим направлением развития техники и последовательное развитие по такому пути идти не может.

Все возможные варианты изменения соотношения живого и прошлого труда, вызывающие повышение производитель­ности труда, распределяются на две группы.

В одной группе прирост производительности совокупного труда осуществляется вследствие увеличения прошлого труда при снижении живого. В этом случае производительность совокупного труда растет только до достижения определенного соотношения живого и прошлого труда, а после достижения этого соотношения - прекращается, т.е. развитие носит ограниченный характер.

При приросте производительности совокупного труда за счет снижения прошлого труда при одновременном снижении живого - развитие неограниченное, так как рост производи­тельности труда совокупного не прекращается.

Отмеченные ранее свойства технических решений эволю­ционного и революционного путей развития позволяют оце­нить варианты динамики живого и прошлого труда и определить соответствующие им типы этих решений.

Рост производительности труда, который осуществляется при снижении, как прошлого, так и живого труда, не может быть реализован эволюционными техническими решениями, потому что при них предполагается рост прошлого труда. Оче­видно, что этот вариант динамики может быть реализован только при революционном пути развития технологических процессов.

Рост производительности труда, который появляется при повышении прошлого труда и снижении живого, реализуется исключительно при эволюционном пути развития технологических процессов. Кроме этих граничных случаев, возможны варианты попеременного чередования использования технических решений эволюционного и революционного типа по мере развития технологического процесса. В таком случае при пре­обладании эволюционных решений появится рост суммарных затрат, а при преобладании революционных решений реализу­ется неуклонное снижение затрат совокупного труда, т.е. вы­ход на неограниченное развитие технологического процесса.

В результате изложенного можно сделать вывод, что все варианты динамики живого и прошлого труда по характеру изменения совокупного труда и типа их технического обеспе­чения можно распределить на три группы:

1) обеспечивающиеся техническими решениями эволюци­онного типа;

2) обеспечивающиеся техническими решениями револю­ционного типа;

3) обеспечивающиеся техническими решениями эволюци­онного и революционного типов, применение которых осу­ществляется поочередно.

Таким образом, все многообразие технических решений, научных открытий и технологий может обеспечивать только два пути развития технологических процессов — эволюцион­ный и революционный, каждый из которых имеет свои законы развития.

Выявленные пути технологического развития процессов дают возможность определять техничес­кую политику, осуществлять прогнозирование эффективнос­ти конкретных технологических процессов и решений, выяв­лять рациональные пути интенсификации производства.

Принципиальные различия между эволюционным и рево­люционным путями развития технологических процессов не позволяют сформулировать общие для любого процесса зако­номерности.

Эволюционный путь развития технологических процессов характеризуется следующими закономерностями, которые не­обходимо рассматривать в совокупности.

Первая закономер­ность - рост производительности живого труда в техноло­гическом процессе по мере развития самого процесса.

Вторая закономерность - рост величины прошлого труда, затрачивае­мого на единицу продукции, по мере развития технологического процесса.

Сочетание этих двух закономерностей свидетельствует о том, что при эволюционном развитии технологического процес­са идет последовательное внедрение различных технических ре­шений, которые направлены на совершенствование и ускорение вспомогательных ходов, что приводит к повышению производи­тельности живого труда, но за счет увеличения объема и сложности технологического оборудования.

Третьей, наиболее характерной закономерностью эволю­ционного пути развития является то, что в ходе последова­тельного внедрения различных технических решений по мере совершенствования технологического процесса снижается эф­фективность их внедрения.

Иными словами, по мере эволю­ционного развития технологического процесса для обеспе­чения одинакового прироста производительности живого труда требуются все увеличивающиеся затраты прошлого труда.

С учетом всех этих закономерностей можно представить следующую картину эволюционного развития технологичес­кого процесса. На начальных стадиях его развития за счет внедрения различных технических решений увеличиваются затраты прошлого труда и снижаются затраты живого труда на единицу продукции, при этом сумма затрат живого и прошлого труда на единицу продукции падает, следовательно, растет про­изводительность труда и технологический процесс развивается. По мере его развития снижение эффективности внедрения тех­нических мероприятий изменяет динамику процесса так, что наступает момент, когда внедрение очередного технического решения не обеспечивает снижения суммы затрат живого и прошлого труда на единицу продукции, следовательно, произ­водительность труда не увеличивается и технологический про­цесс останавливается в развитии. Дальнейшее внедрение технических решений может только привести к увеличению суммы затрат живого и прошлого труда на единицу продукции. Следовательно, производительность труда начнет снижаться, и технологический процесс будет регрессировать.

Революционный путь развития технологических процессов характеризуется следующими закономерностями.

Первая зако­номерность, как и при эволюционном пути развития, такова, что по мере развития технологического процесса происходит рост производительности живого труда.

Вторая закономерность - снижение затрат прошлого труда на единицу продукции. Уменьшение затрат прошлого труда при одновременном по­вышении производительности живого труда может происходить только в случае повышения эффективности переноса прошлого труда на предмет труда, т.е. при увеличении уровня техноло­гии. Таким образом, можно сделать вывод о том, что револю­ционный путь развития технологических процессов связан с переходом на более высокий уровень технологии.

Третьей, основной, закономерностью революционного пути развития является его неограниченность.