Підпроцеси та операції технічного процесу

Перетворення об’єкта впливу часто бувають дуже складними. Об’єкт проходить ряд послідовних проміжних станів, при цьому його параметри змінюються за заданим законом: диференціальним - лінійним чи нелінійним (наприклад, при нагріванні стальної заготовки), або дискретним (руйнування металоконструкції). Об’єкти переходять в проміжні стани в результаті впливів матеріального, енергетичного або інформаційного характеру. Наприклад, якщо під впливом в_з.вх1 матеріального характеру параметр п₁ об’єкта в двох послідовних проміжних станах мав значення п₁₁ і п₁₂, то у формалізованому вигляді це можна представити таким чином

 

п₁₁ → п₁₂ = f (в_з.вх1(М)).

Тоді сукупна зміна стану об’єкта із заданого вхідного Сн_вх у заданий вихідний Сн_вих,які характеризуються рядом параметрів п₁, п₂,...,  п _m, що є результатом загального В_з.вх впливу, представленого множиною впливів в_з.вх1, в_з.вх2,..., в_{з.вх . m} записується як

 

Сн_вх = { п_1вх, п_2вх,..., п _m.вх}→ Сн_вих = { п_1вх, п_2вх,..., п _m.вх} =

= f (В_з.вх) = f (в_з.вх1, в_з.вх2,..., в_{з.вх . m}).

 

Зовнішні та внутрішні впливи на об’єкт здійснюються під час виконання S ТпП та S Ор в рамках загального ТП.

Операцією (Ор) ми називаємо елементарний неподільний технічний процес, нерозривну в часі частину процесу перетворень. Власне кажучи, елементарною частиною, наприклад, технічних процесів металообробки є переходи (підрізка торця, фрезерування площини). Однак термін „операція” є більш універсальним, який використовується для позначення даного поняття практично у всіх галузях техніки.

Упорядкована сукупність S Ор утворює ТП.

Велике значення в техніці, зокрема, в машинобудуванні, мають так звані типові операції, підпроцеси і процеси, що є уніфікованими частинами процесів перетворень. Для них розроблені послідовність, методи, способи, прийоми роботи, спроектоване обладнання, пристосування, інструмент. Широке застосування типових процесів дозволяє скоротити витрати на підготовку та здійснення виробництва, підвищити його продуктивність та ефективність. Тому при розробленні, наприклад, ТП механічної обробки слід орієнтуватись в першу чергу на типові S ТпП та S Ор.

Операції, в яких безпосередньо здійснюються саме ті перетворення, для реалізації яких призначений даний конкретний технічний процес, називаються робочими або основними.

Операції, реалізація яких забезпечує виконання робочих операцій або дозволяє поліпшити їх параметри (прискорити, підсилити або стабілізувати протікання) – називають допоміжними.

Допоміжні операції можна поділити на операції обслуговування і ремонту (щоденне змащення верстата, очищення від бруду деталей автомобільного двигуна, ремонт станини), підготовчі операції (установка та закріплення заготовки в патроні верстата, регулювання положення ріжучого інструмента), операції керування та регулювання (поворот ключа запалювання автомобіля, вмикання обертання шпинделя токарного верстата).

 

4.3. Параметри та ефективність технічного процесу

Загальним параметром ефективності технічного процесу є вихідний стан об’єкта впливу. ТП вважається успішно реалізованим, якщо після його завершення отримані задані вихідні параметри об’єкта.

Параметром, що дозволяє порівнювати даний ТП з іншими процесами, що здійснюються з аналогічною метою є економічна ефективність (Е_ек). Економічна ефективність визначається як відношення прибутку (Пр), отриманого в результаті виконання технічного процесудо загальних витрат (Втр) на його реалізацію

 

Е_ек = Пр / Втр

В Пр слід врахувати не тільки сумарну вартість об’єктів впливу у вихідному стані після виконання всіх перетворень ТП, але також кошти, отримані від реалізації відходів останнього.

У Втр входять витрати на основні та допоміжні матеріали і комплектуючі, енергію, інформацію, зарплатню робітників, керівного та допоміжного персоналу, обслуговування і ремонт обладнання, соціальні та амортизаційні відрахування і т.д.

Для детальнішого аналізу ТП визначаються значення ряду вихідних та проміжних параметрів: раціональність структури S ТпП та S Ор, досконалість обладнання, інструменту, пристосувань, прийомів роботи, кваліфікація і досвід робітників, якість інформації та керування. Проміжні параметри дозволяють більш точно і всебічно оцінити ефективність ТП, а у випадку його невиконання, установити причини.

Всі параметри ТП можна поділити на три групи: технічні, економічні та планові. В табл. 4.2 по групах наведені приклади параметрів елементів ТП, а в табл. 4.3. - приклад порівняння ТП передачі механічної, гідравлічної і електричної енергії за основними параметрами.

Таблиця 4.2

Параметри елементів ТП

Елементи ТП	Параметри
	технічні	економічні	планові
О, впливи	Маса, об’єм, швидкість, міцність, електричний опір, тиск	Ціна, витрати	Обсяги та термін постачання, постачальник
S ТпП, S Ор	Раціональність структури, застосування типових ТпП і Ор	Витрати на реалізацію	Час початку, тривалість, кількість людей-робітників
Л (S Л)	Спеціальні знання, досвід, особисті якості	Заробітна платня, відрахування у пенсійний фонд	Години роботи, кількість людей–робітників, їх кваліфікація
ТО (S ТО)	Функціональні, конструктивні, технологічні, експлуатаційні	Ціна, експлуатаційні витрати	Обсяги та термін постачання, постачальник
НС	Температура, тиск, вологість, шум, вібрації, наявність у повітрі газів	Витрати на забезпечення необхідних умов оточення	Термін та обсяги постачання сировини, енергоносіїв, допоміжних матеріалів

 

Таблиця 4.3

Порівняння ТП передачі механічної, гідравлічної і електричної енергії

Передача енергії     Параметри порівняння	механічної	гідравлічної	електричної
Можливість передачі на значні відстані	І	ІІ	ІІІ
Ефективність керування та регулювання	І	ІІ	ІІ
Безпека	І	І	І
Втрати енергії	ІІ	І	І
Гнучкість	І	ІІ	ІІІ
Загальна вартість	І	І	ІІ

У табл. 4.3. І, ІІ, ІІІ – відносні ступені оцінювання параметрів ТП, відповідно, низький, середній, високий

4.4. Представлення технічних процесів

Відомо декілька способів представлення ТП, до яких відноситься також і загальна модель (див. рис. 4.1). Вибір того чи іншого способу залежить від призначення ТП, мети представлення, а також стадії розробки.

Блок-схема послідовності містить короткі і чіткі описи S ТпП та S Ор, наведені у послідовності їх виконання. Приклад блок-схеми послідовності ТП заміни підшипників на валу коробки швидкостей верстата поданий на рис. 4.3, а.

Структурна схема (рис. 4.3, б) є частиною загальної моделі ТП, яка визначає послідовність та склад S ТпП та S Ор, їхструктуру (послідовну або паралельну), впливи між S ТпП та S Ор, вхідний (Сн_вх) та вихідний (Сн_вих) стани об’єкта впливу, параметри стану.

Різновидом структурної схеми є ієрархічна схема (рис. 4.3, в), на якій вказані позначення та найменування складових S ТпП та S Ор, а також їх ієрархічна підпорядкованість. Дана форма представлення є зручною особливо на попередніх стадіях розроблення ТП, під час аналізу можливих варіантів.

В ряді задач ІТ вимагається провести аналіз залежностей основних робочих параметрів ТП, у зв’язку з чим необхідне його представлення графіками зміни параметрів в часі або по операція х. Для зручності аналізу та порівняння, залежності для різних параметрів можна подати в одній системі координат. Так, на рис. 4.3, г наведені графіки зміни діаметра отвору (параметр п₁) і температури заготовки (п₂) при реалізації ТП її механічного і термічного оброблення в складі трьох підпроцесів: ТпП₁ – розточування отвору в заготовці (включає операції чорнового (Ор_{1 1}), напівчистового (Ор ₁₂) і чистового (Ор ₁₃) розточування); ТпП₂ – транспортування заготовки від верстата до електропечі; ТпП₃ – гартування, в складі операцій нагрівання заготовки у печі (Ор ₃₁) і охолодження її у масляній ванні (Ор ₃₂). На графіку  вказані  граничні  значення  параметрів   п_1вх → п₁₁ → →п₁₂ → п₁₃ = п_1вих; п_2вх → п_2вих, а також їх зміни D п₁₁, D п₁₂, D п₁₃, D п₂₃.

ТП може бути також представленим у математичній або словесній формі. Математичний опис в ряді випадків є найбільш точним та компактним, тому часто використовується на стадіях попередніх досліджень ТП. Словесний опис може містити найбільш детальну інформацію стосовно розглядуваного ТП, але є громіздким і не досить точним.

 

4.5. Типові задачі, пов’язані із технічними процесами

     Залежно від того, які параметри ТП є заданими, а які потрібно знайти, всі задачі ІТ, пов’язані з їх удосконаленням можна розділити на декілька основних типів, описаних у табл. 4.4. Таке ділення дозволяє систематизувати задачі ІТ, а отже й економити час при їх розв’язанні, шляхом застосування спеціально обраних і відпрацьованих методів, а також типового програмного забезпечення.

Таблиця 4.4

Типові інженерні задачі, пов’язані із ТП

Проблемна ситуація	Дано	Вимагається	Тип задачі
1.Для задоволення потреби необхідно забезпечити заданий Снвих	О Снвих	вз.п.вих М Ен І ТП О Снвх	Проектування ТП із визначенням Снвх і зовнішніх впливів
2.Для нового матеріалу, енергоносія або інформаційних даних шукається застосування	О Снвх	вз.п.вих М Ен І ТП О Снвих	Проектування ТП перетворення нових матеріалів, енергії або інформації
3.Необхідно здійснити задане перетворення об’єкта впливу	О Снвих   О Снвх	М Ен І вз.п.вих ТП	Проектування ТП для реалізації заданого перетворення
4.Для спроектованого ТП шукається застосування	ТП М Ен І вз.п.вих ТП М Ен І вз.п.вих	О Снвих   О Снвх	Реалізація нових перетворень, або підвищення ефективності існуючих
5.Один з вз .п .вих спроектованого ТП є шкідливим	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПуд М Ен І	Удосконалення ТП для нейтралізації шкідливого вз .п .вих
6.Необхідно підвищити ефективність існуючого ТП	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПуд М Ен І вз.п.вих	Раціоналізація ТП
7.Потрібно збільшити обсяги існуючого виробництва	ТП М Ен І вз.п.вих	ТПсер(мас) М Ен І вз.п.вих	Удосконалення існуючого ТП з метою здійснення серійного або масового виробництва

 

Продовження таблиці 4.4

8.На існуючому виробництві необхідно виготовити дослідний зразок ТО

ТП М Ен І вз.п.вих

ТПдос М Ен І вз.п.вих

Удосконалення існуючого ТП з метою випуску нового дослідного зразка ТО

 

4.6. Класифікації технічних процесів

     Основні класифікації ТП за рядом ознак подані у табл. 4.5. Вони дозволяють упорядкувати всю множину існуючих ТП, проводити важливі аналогії і використовувати передовий досвід та високоефективні розв’язки отримані в інших галузях техніки.

 

Таблиця 4.5

Класифікації ТП

Класифікаційні ознаки	Типи, класи, види ТП	Класифікаційні ознаки	Типи, класи, види ТП
Тип перетворення	ТП перетворення матерії ТП перетворення енергії ТП перетворення інформації	Джерело енергії для реалізації	Фізична енергія людини Енергія, що виробляється ТС
Природа S ТпП та S Ор	Механічні ТП Гідравлічні ТП Пневматичні ТП Теплові ТП Електромагнітні ТП Хімічні ТП Біологічні ТП	Ступінь автоматизації	ТП, що виконуються вручну людиною Напівавтоматизовані ТП Повністю автоматизовані ТП
Найменування основної Ор	ТП механічної обробки ТП транспортування Ливарні ТП ТП штампування Ремонтні ТП	Співвідношення числа вхідних та вихідних впливів	ТП розділення – число вхідних впливів мен-ше ніж число вихідних ТП об’єднання - число вхідних впливів більше ніж число вихідних
Характер протікання S ТпП та S Ор	Диференціальний (лінійний або нелінійний) Дискретний	Ступінь складності ТП	Низький Середній Високий

5. Технічні об’єкти

Найбільш важливими елементами СП поряд із людьми та технічними процесами є технічні об’єкти (ТО), які реалізують необхідні впливи на об’єкт впливу, в результаті чого здійснюються задані перетворення. Таким чином, ТО є засобом реалізації перетворень.

На даний момент відома практично нескінченна множина ТО різного призначення і складності. Ми спробуємо упорядкувати її, а також виділити найбільш загальні ознаки та закономірності, що характерні для всіх ТО. Одразу скажімо, що повністю дана задача до сих пір не розв’язана.

 

5.1. Визначення технічних об’єктів

Сам ТО і його місце в класифікаціях визначаються його призначенням, функціонуванням та структурою.

Під час функціонування ТО підпорядковується принципу причинності: будь який ТП, що реалізується в ТО обумовлений одною або декількома причинами і одночасно є причиною здійснення інших ТП. Без причини нічого не відбувається. Для технічного об’єкта причину можна визначити, як сукупність умов та параметрів його функціонування.

Ми вже відмічали, що людям властиво прагнути до здійснення бажаних перетворень і задоволення своїх потреб. З точки зору причинності кожне перетворення намагаються реалізувати саме там і тоді, коли потрібно. Окрім причинності слід згадати і цілеспрямованість, наявність якої допомагає людині  певним чином формувати своє життя. Людина використовує з цією метою в рамках існуючих умов механічні, гідравлічні, електричні і інші ТП. Виходячи з принципу причинності, людина створює причинні системи – ланцюги ТП, здійснення яких за допомогою ТО повинно забезпечити задане перетворення у потрібний момент часу.