Тема №4: «Технічний процес»

Мета: ознайомлення з технічним процесом як окремим випадком процесу перетворення, моделлю і структурою, операндами і операторами технічного процесу.

План

4.1. Модель технічного процесу

4.2. Операнди технічного процесу

4.3. Структура технічного процесу

4.4. Типи операцій

4.5. Побічні входи і виходи

4.6. Оператори технічного процесу

4.7. Характеристики і оцінка технічного процесу

4.8. Класифікація технічних процесів

4.9. Представлення технічних процесів

 

У попередніх лекціях технічним процесом були названі такі перетворення, у яких роль операторів виконують разом із людьми і технічні системи.

Технічні процеси займають центральне місце в таких системах перетворень, оскільки перетворення в них можуть бути здійснені не інакше, як за допомогою технічних процесів. Крім того, елементи системи перетворень можуть бути з’єднані лише з використанням технічних процесів.

У сучасному світі є безліч технічних процесів, у яких, так чи інакше, беруть участь люди. Кожна людина звичайно бере участь у декількох процесах одночасно, задовольняючи свої потреби безпосередньо або створюючи засоби для подальшого задоволення своїх і чужих потреб.

Ключовим словом тут є потреба.

Який зв’язок потреби з технічним процесом? Повторимо [1]:

а) спочатку виникає стан незадоволеності або ситуація, яку людина хоче або повинна змінити;

б) цей стан вимушує сформулювати потребу;

в) усвідомлюється, що потреба, взагалі кажучи, може бути задоволена різними засобами;

г) з’ясовується, що засоби, які б могли бути використані безпосередньо, тобто узяті з природи, відсутні;

д) потрібно змінити існуючий стан на бажаний шляхом перетворень;

е) перетворення здійснюються в технічних процесах.

 

4.1. Модель технічного процесу

Раніше було встановлено, що технічний процес (ТР) є елементом системи перетворень (рис.3.2). Його модель будується на відносинах в системі перетворень (рис.4.1). Абстрактний технічний процес визначає перетворення операнда без точної вказівки, «чим», «хто», «коли» і «де» його виконує.

Опис будь-якого технічного процесу повинен містити відповіді на

такі питання [5]:

а) що є операндом і який його стан (початковий, кінцевий і проміжний)?

б) за допомогою яких перетворень (технологій Tg) досягається сукупне перетворення у рамках існуючих умов - природних явищ, суспільних законів і інших обмежень?

в) якими діями (матеріального S, енергетичного Еп або інформаційного І типів) можуть бути реалізовані часткові перетворення (хоча б у першому наближенні без деталізації)?

г) якими операторами Ot виконуються окремі дії?

 

Рис. 4.1. Модель узагальненого технічного процесу

 

Припускаючи, що бажаний стан операнда є виходом (результатом) технічного процесу для цього процесу потрібно визначити такі показники, що є його характерними ознаками:

- кінцевий стан операнда Od2;

- технологічний принцип TgPz,

- типи і послідовність операцій (дій), відповідно до вибраної технології TePі;

- результат кожної операції;

- розподіл результатів за операціями, відповідно постановці завдання і необхідного кінцевого результату.

Указані ознаки можна розглядати як ступені свобода, які є при виборі, розробці і оптимізації технічного процесу.

Пояснення до моделі.

Для розуміння загальної моделі ТР і розробки конкретного технічного процесу можуть бути корисні наступні пояснення [11].

1. Принципова схема технічного процесу визначається операндами, стан яких вимагається змінити. Послідовні входи і виходи технічного процесу повинні бути однорідними. Не слід порушувати це правило, намагаючись, наприклад, побудувати технічний процес, у якому, Od1- папір, Od2 - робоче креслення деталі.

2. Вихід може бути сформульований тільки з тих змінних або незмінних технічному процесі складових частин, які поступили в процес як входи. Крім того, повинен бути визначений повністю перелік операндів процесу. Якщо такий перелік неповний (наприклад, металу і скла недостатньо для виробництва освітлювальної лампи розжарювання), то розробка технічного процесу закінчиться швидше за все невдачею. Строго кажучи, для сталевої заготовки (вхід) на виході необхідно вказувати і деталь і стружку (а не тільки деталь). У принципі при розробці технічного процесу слід розглядати баланси матеріальних, енергетичних і інформаційних потоків.

3. Технічний процес повинен охоплювати тільки операції з операндами. Проте з практичної точки зору доцільно розписувати по операторах також усі допоміжні операції, особливо в тих випадках, коли вони пов'язані з перетвореннями безпосередньо або викликаються цими перетвореннями. При цьому виникає більш повне уявлення про зв’язок таких операцій з перетвореннями, а технічний процес одержує більш солідне обґрунтовування.

4. Модель спирається на важливе міркування: кожний модельований технічний підпроцес TeP або операція O разом з відповідним частковим перетворенням включає також супутні перетворенню побічні процеси, процеси постачання, управління, регулювання і т.п.

5. Шляхом деталізації моделі технічного процесу, як це показано на рис. 4.2, можна уточнити дані з матеріальних, енергетичних і інформаційних входів або потоків, необхідних для реалізації перетворень, а також розписати операції по операторах.

6. Кожний процес або підпроцес, кожна операція проходять стадії підготовки, проведення і закінчення. Кожна з цих стадій пов'язана з певним комплексом питань.

Рис. 4.2. Детальний розгляд моделі технічного процесу з уточненням даних із S, Еn, І входів і виходів

 

7. Конкретний технічний процес (підпроцес, операція) відбувається у визначеному місці і в певний час. Ці умови, які повинні бути задані для будь-якої моделі технічного процесу, звичайно включають дані фізичного (температура, тиск, вологість, вміст пилу і т.д.), соціального і фінансового характеру, а також усі тимчасові дані.

8. Перетворення в технічному процесі можуть бути описані залежно від мети і стадії його розробки або загально, або більш докладно. Рекомендується всі операції опрацьовувати з однаковим ступенем деталізації.

9. Необхідно ретельно перевіряти реалізованість кожної операції. У сумнівних випадках слід проводити додаткові дослідження.

10. Розроблений технічний процес і його запасні варіанти можна додатково перевірити, ставлячи такі питання:

- чи можна пропустити який-небудь підпроцес або операцію;

- чи можна додати яку-небудь операцію;

- чи не краще замінити одну операцію іншою (іншими);

- чи може бути змінена послідовність операцій;

- чи не доцільно розділити або об’єднати операції;

- чи можна повторити операцію?

11. Опис підпроцесів і операцій здійснюється шляхом задавання об’єкту перетворення і дієслова, наприклад перетворити енергію, нагрівати деталь, розмивати грунт. Рекомендується вибирати досить загальні формулювання, відповідні даному рівню деталізації, оскільки вид опису впливає на вибір засобу (наприклад, відпиляти шайбу, зробити шайбу).

12. Операції технічного процесу здійснюються в тимчасовій послідовності. Якщо операція виконана і досягнуто необхідний проміжний стан операнда, то після цього повинна виконуватися наступна за нею операція. При цій умові потік операндів технічного процесу може бути чітко зафіксований на часовій вісі.

 

4.2. Операнди технічного процесу

Розрізняють чотири класи операндів технічного процесу [12]:

1. Живі істоти. Незалежно від того, людина це або тварина, в технічному процесі змінюється або стан (хворий — здоровий), або місцеположення операнда; проте було б неправильним включати живі істоти в клас матерії, зважаючи на специфічність процесів і обмежень для цього класу операндів.

2. Матерія. У технічному процесі змінюються основні властивості матерії, її форма, розміри, місцеположення, колір, концентрація і т.д.

3. Енергія. У технічному процесі різні види енергії перетворюються в інші види, а також змінюються їх параметри.

4. Інформація. У технічному процесі змінюються форма, кількість, якість, а також місцеположення інформації.

Стан операнда вже визначався як «вектор» його властивостей. У математичній формі його можна записати таким чином:

 

де підрядкові індекси при Е — номер властивості операнда, а надрядкові - номер стану цих властивостей.

 

4.3. Структура технічного процесу

Перетворення операндів часто бувають дуже складними. Операнд проходить послідовно численні проміжні стани, а його властивості при цьому крок за кроком змінюються в потрібному напрямі. Зміна властивостей може відбуватися або безперервно (наприклад, нагрівання), або стрибкоподібне (наприклад, руйнування). Об’єкти переходять у проміжні стани за допомогою підпроцесів ТеР і операцій О в рамках сукупного технічного процесу. Операцією називають елементарний процес, що відповідає одній робочій дії. Операція технічного процесу — це нерозривна в часі частина процесу перетворень, яка виконується оператором або групою операторів як незалежне завдання на одному робочому місці і торкається тільки одного операнда [1]. Звичайно за допомогою операції досягається бажана зміна однієї властивості. Так, наприклад, токарною обробкою можна одержати тіло обертання, фрезеруванням паз, гартуванням – тверду поверхню. Злагоджена сукупність операцій є технологічним процесом. Технологічний процес залежить від вимог до операнда, наявної інформації, кваліфікації операторів і особливо від технічних засобів, якими реалізується процес. Технологія може удосконалюватися в часі відповідно до прогресу знань. Структура технічного процесу ТР залежить в першу чергу від технології і в загальному вигляді зображена на рис. 4.5.

 

4.4. Типи операцій

Для досягнення бажаної зміни властивостей операнда необхідно належним чином на нього впливати. Наприклад, операнд потрібно привезти, нагрівати, деформувати і т.д. Такого роду спрямовану на операнд перетворюючу дію називають робочою операцією [13]. При робочих операціях використовуються ті або інші фізичні закони і явища. Так для нагрівання, тобто підвищення температури, потрібно знати, як різні види енергії перетворити в тепло і як забезпечити теплопередачу.

Сукупна дія (W) для здійснення перетворення (Od¹ → Od² ) складається з часткових, дій (TeW) що змінюють певну властивість, наприклад,

Можна написати

при цьому сукупна дія є сумою часткових дій

 

Рис. 4.5. Структура технічного процесу

 

Звичайно для кожного процесу потрібні і інші операції, хоча часто їх не відділяють, оскільки виконання таких допоміжних операцій при обслуговуванні машини людиною необхідне. До операцій такого типу відносяться:

- операції обслуговування, наприклад змащення, чищення, охолоджування;

- підготовчі операції, наприклад, запуск двигуна, насоса, компресора;

- операції з управління і регулювання, наприклад, вимірювання, наладка машини, зміна режиму роботи;

- операції узгодження, наприклад, збирання, ув’язка частин проекту.

 

4.5. Побічні входи і виходи

У процес входять і з нього виходять тільки операнди Od_і. Для здійснення процесу необхідні також різні вхідні величини, такі, як енергія, змащувальні матеріали, каталізатори. Неминучі в технічному процесі також різні відходи (дим, охолоджуюча рідина) і перешкоди (шум, вібрація). Такі вхідні і вихідні величини називають побічними входами і побічними виходами. Ураховувати побічні входи і виходи необхідно, оскільки людству вже сьогодні загрожують шкідливі виходи технічних процесів (забруднення навколишнього середовища). До цього часу шкідливим побічним виходам надавалося дуже мало увага. При здійсненні технічного процесу слід враховувати небажані, але неминучі вхідні перешкоди. При проектуванні технічного процесу потрібно проаналізувати всі можливі перешкоди, що надходять від оточення, а при функціонуванні технічної системи слід контролювати рівні окремих входів, якщо вони близькі до граничне допустимих. Такими є, наприклад, граничні значення рівня метану в гірській виробці для здійснення процесу видобутку вугілля.

 

4.6. Оператори технічного процесу

Важливим питанням в розробці технічного процесу є можливість здійснення потрібної дії. Уся впорядкована сукупність необхідних дій в абстрактному технічному процесі здійснюється системою людина - машина (точніше, людина - технічна система) із розподілом функцій між обома компонентами системи. Для повноти в таку систему слід включити і тварин, оскільки іноді вони використовуються в технічних процесах (наприклад, кінь з возом або слон при перенесенні колод). Для сукупного результату технічного прогресу мають значення також узагальнені оператори, які впливають, перш за все, на ефективність протікання процесу. У деяких випадках вони можуть перешкодити здійсненню перетворень. Тому необхідно враховувати можливість впливу цих операторів на якість продукції. Такими операторами, окрім інших, є (рис. 4.6) [5]:

- спеціальна інформація, що визначає технічний рівень даного

виробництва;

- управління процесом (SR), у першу чергу оперативне управління, координація виробничих дій і система матеріально-технічного постачання;

- умови оточення ( BG):

а) фізичні (температура, вологість, об'єм, запиленість);

б) психологічні (взаємостосунки людей);

в) соціальні (стан і інтереси суспільства в даний період часу);

г) фінансові (засоби для здійснення процесу).

 

Рис. 4.6. Оператори технічного процесу

Результат технічного процесу, тобто вихідний стан операнда Od , визначається системою людина - технічна система (Me – TS), а також згаданими вище узагальненими операторами, а саме технічним рівнем виробництва, спеціальною інформацією, управлінням процесом і умовою оточення. Указані чинники можна включити в матеріальні, енергетичні і інформаційні потоки.

 

4.7. Характеристики і оцінка технічного процесу

Звичайно технічний процес характеризується виходом тобто якістю операнда на виході. Якщо всі необхідні властивості операнда досягнуті, то завдання процесу виконано. З іншого боку, технічний процес може бути охарактеризований якістю узагальнених операторів процесу, а саме:

а) якістю технології,

б) кваліфікацією робітників і досконалістю технічних засобів,

в) якістю інформації, управління і зовнішніх умов [14].

Якщо технічний процес не виконує своє завдання перетворення операнда, то аналіз указаних узагальнених операторів дозволяє виявити причини цього. Сукупним показником, що характеризує технічний процес і забезпечує можливість порівняння з іншими процесами, є його ефективність Ef, що визначається як 

Корисність процесу створюється сукупністю виконуваних дій і визначається зміною властивостей операнда. Крім того слід враховувати побічні виходи, які можуть збільшити або зменшити корисність. Витрати охоплюють усі витрати, пов’язані з елементами системи перетворень, незалежно від того чи є вони операндами, побічними входами або якими-небудь операторами, тобто це можуть бути витрати з операцій, енергії, основних допоміжних матеріалів, заробітної плати, соціальних витрат, обслуговування і т.п. Для однозначної оцінки або характеристики технічного процесу слід визначити показники цінності його властивостей. Йдеться про сукупність показників, приведених в табл. 4.2.

Вони розділені на три категорії: технічні, економічні планові показники. При порівнянні характеристик технічних процесів необхідно звернути увагу на соціальні і економічні наслідки рішень, пов'язаних із технічним процесом. Рішення такого роду впливають на вартість товарів, зайнятість людей, економічну ситуацію і ряд інших важливих соціально-економічних чинників.

Таблиця 4.2

Характеристика елементів технічних процесів

 

4.8. Класифікація технічних процесів

Класифікацію технічних процесів можна проводити з різних точок зору. Приклад такої класифікації приведений у табл. 4.3 [15].

Таблиця 4.3.

Класифікація технічних процесів

 

4.9. Представлення технічних процесів

Технічні процеси можуть бути представлені різними, способами залежно від виду процесу, мети представлення, діючих інструкцій або традицій. Можуть бути використані такі способи представлення [5]:

а) представлення у вигляді блок-схеми. У цьому випадку процес зображується у вигляді прямокутників з текстом або рисунком, що характеризує вказаний процес (рис. 4.1);

б) часова діаграма. Діаграма дозволяє наочно представити послідовність і прив'язку операцій у часі, що може бути корисним при регулюванні і управлінні технічним процесом;

в) математичний опис. Аналітична залежність у більшості випадків найбільш точно описує протікання процесів і їх залежності. Прикладом може бути математична модель процесу;

г) словесний опис. Словесний опис простіше за інші види представлення, проте він не забезпечує однозначності опису протікання технічного процесу.

Висновки: Технічним процесом є такі перетворення, у яких роль операторів відіграють технічні системи, крім того в таких процесах перетворення зміна властивостей операнда може бути здійснена не інакше, як за допомогою технічної системи.

 

Контрольні запитання.

1. Що є характерними ознаками технічного процесу?

2. Назвіть класи операндів технічного процесу?

3. Що таке операція технічного процесу?

4. Назвіть оператори технічного процесу?

5. Яким чином визначається ефективність технічного процесу?

6. Класифікуйте технічний процес за видом операнда.

7. Якими способами користуються для представлення технічних процесів?