CC BY
25
№ 4 (52) 2014
Н. С. Устинова, аспирант Московского государственного университета тонких химических технологий
им. М. В. Ломоносова, 1404n@mail.ru Е. В. Бурляева, докт. техн. наук, профессор Московского государственного университета тонких
химических технологий им. М. В. Ломоносова, k2462112@ya.ru
Функциональное моделирование производства модулей анодного заземления для электрохимической защиты от коррозии
Модули анодного заземления обеспечивают электрохимическую защиту металлических сооружений от коррозии . Проведение функционального моделирования, включающего последовательную декомпозицию процессов производства и контроля качества, позволяет четко регламентировать действия, выполняемые на каждом этапе, комплектацию технологического оборудования, используемые материалы и требования к качеству . На основе методологии функционального моделирования построен комплекс моделей в нотации IDEF0 .
Ключевые слова: электрохимическая защита, протяженный гибкий анод, функциональное моделирование .
введение
Ежегодно коррозия металлов наносит огромный ущерб народному хозяйству, поэтому эффективная противокоррозионная защита является одной из актуальных задач. Выделяют пассивную защиту от коррозии (с помощью изоляционных покрытий) и активную защиту — электрохимический процесс, возникающий на металлоконструкции под воздействием наложенного тока. В конце прошлого века российскими учеными были разработаны протяженные анодные заземлители из электропроводной резины, обладающие высокой гибкостью, что позволило обеспечить контролируемое формирование электрического поля защиты необходимой конфигурации и напряженности вокруг металлического сооружения [1]. Благодаря применению таких заземлителей исключается закисление почвы, повышается пожаро- и взрывобезопасность и в несколько раз снижается расход электроэнергии на активную защиту от коррозии. Основным токоотдающим элементом, обеспечивающим
равномерное стекание электрического тока в грунт, является анодорастворимый резиновый провод. Для каждого защищаемого сооружения разрабатывается специальный технический проект, включающий в себя характеристики защитных модулей с учетом типа и конструкции защищаемых сооружений, условий их эксплуатации, коррозионных условий и близости электровырабаты-вающих или электропередающих объектов. Изготовление защитных модулей на основе эластомерных электродов — сложный технологический процесс.
цели и методы функционального моделирования
Целью функционального моделирования является построение точного, наглядного, формализованного, удобного для восприятия и анализа описания производственного процесса. Проведение функционального моделирования, включающего последовательную декомпозицию процессов производства и контроля качества, позволяет четко регла-
№ 4 (52) 2014
journal of appued informatics
ментировать действия, выполняемые на каждом этапе, состав технологического оборудования, используемые материалы и требования к ним, а также процедуры контроля качества. Для формального описания процедуры декомпозиции, установления связей между этапами и указания регламентирующих требований использована нотация IDEF0 [2]. В рамках этой нотации описание технологического процесса строится в виде иерархической структуры, отражающей различные уровни абстракции с ограниченным числом компонентов на каждом из уровней. Основной элемент описания — диаграмма, состоящая из функциональных блоков и соединяющих их стрелок. Сторона блока, к которой присоединена стрелка, однозначно определяет ее роль: стрелка, входящая в блок слева, обозначает входной параметр; сверху — управляющее воздействие; справа — выходные параметры; снизу — механизм реализации функции. Каждый функциональный блок в нотации IDEF0 может быть декомпозирован на составные части и представлен в виде более подробных диаграмм, что позволяет доступно описать иерархическую декомпозицию «этап-подэтап» сверху вниз за счет пошаговой детализации [3].
Результаты функционального моделирования
На начальном — наивысшем в иерархии декомпозиции — этапе производство защитного модуля рассматривается как единый процесс. Далее, на 1-м этапе процесса декомпозиции, выделяют 5 основных технологических процессов: производство резиновой смеси, токопроводящих жил, провода, электрода и самого защитного модуля. Каждому процессу соответствует функциональный блок на дочерней диаграмме. Диаграмма представлена на рис. 1.
Материалы, используемые для производства, описаны с помощью входных стрелок, а продукция, получаемая в ходе технологического процесса, — с помощью стрелок «выход». На диаграмме видно, что 1-й и 2-й процессы могут осуществляться одновременно, так как выход 1-го процесса (резиновая смесь) не используется для реализации 2-го. 3-й процесс может выполняться только после окончания 1-го и 2-го процессов, в ходе которых производятся необходимые материалы. Аналогично 4-й процесс может осуществляться только после завершения 3-го. С помощью стрелок «механизм» на диаграмме конкретизированы исполнители основ-
Рис. 1. Функциональная диаграмма уровня А0. Процесс производства защитного модуля
30
№ 4 (52) 2014
ных технологических процессов. Видно, что каждый технологический процесс реализуется отдельным исполнителем.
Все технологические процессы, выделенные на 1-м этапе, были подвергнуты дальнейшей декомпозиции. Так, 1-й процесс («производство резиновой смеси») разделен на 5 процессов, которые должны выполняться последовательно: продукция, производимая в результате каждого процесса, необходима для осуществления следующего процесса. Функциональная диаграмма, полученная в результате декомпозиции, приведена на рис. 2.
Стрелками «механизм» выделены и описаны технологические агрегаты, с помощью которых выполняется каждый процесс, а стрелки «управление» описывают документы, регламентирующие основные параметры рассматриваемых технологических процессов. В частности, 4-й функциональный блок на рис. 2 описывает процедуру оценки качества резиновой смеси. Стрелка «управление» для этого блока содержит требования регламентирующего документа. При несоответствии установленным требованиям резиновая лента может быть отправлена на доработку, что отображает стрелка,
ведущая из блока «Оценка качества резиновой смеси» на вход предыдущего блока «Доработка». Таким образом, задается обратная связь, позволяющая выполнить возврат к предыдущим производственным процессам [4].
Процесс подготовки ингредиентов описан на диаграмме уровня А11 (рис. 3). Он состоит из 4 соответствующих отдельным типам ингредиентов независимых процессов, которые могут выполняться параллельно. Каждый процесс осуществляется на отдельном участке, описанном с помощью стрелки «механизм».
Процессы подготовки отдельных ингредиентов также могут быть детализированы. Каждый из них начинается с входного контроля качества ингредиента в соответствии с требованиями, описанными в регламентирующих документах (стрелки «управление»). В зависимости от результатов входного контроля ингредиент либо списывается, либо подвергается последующей обработке. Так, каучук после прохождения процедуры входного контроля подвергается последовательно распарке, нарезке, проверке пластичности и взвешиванию. Диаграмма, отображающая эти процессы, представлена на рис. 4.
Рис. 2. Функциональная диаграмма уровня А1. Производство резиновой смеси
31
№ 4 (52) 2014
journal of applied informatics
Рис. 3. Функциональная диаграмма уровня А11. Процесс подготовки ингредиентов для производства резиновой смеси
Технологические агрегаты, с помощью которых выполняются процессы подготовки каучука, отображены стрелками «механизм». Основные параметры, влияющие на проведение рассматриваемых процессов, представлены с помощью стрелок «управление». Блок «Проверка пластичности» содержит описание процесса контроля
качества производства, а стрелка, ведущая от него к блоку «Входной контроль каучука», отображает обратную связь.
Проводя таким образом декомпозицию, можно достичь любого требуемого уровня детализации описания технологического процесса. Итоговая иерархическая структура, описывающая все этапы декомпозиции
Рис. 4. Функциональная диаграмма уровня А111. Процесс подготовки каучука для производства резиновой смеси
32
№ 4 (52) 2014
Рис. 5. Иерархия декомпозиции производственных процессов
технологии производства модулей, представляет собой дерево. На рисунке 5 приведены первые 3 уровня иерархии декомпозиции.
Заключение
Анализ полученных диаграмм позволяет выделить ряд характерных особенностей полученной функционально-технологической модели:
• весь процесс производства сопровождается процедурами контроля качества продукции;
• для каждой технологической операции описаны необходимые материалы, результат ее выполнения, исполнитель операции и документы, регламентирующие выполнение операции;
• для каждой процедуры контроля качества описаны документы, регламентирующие требования к качеству продукции;
• для каждой процедуры контроля качества с помощью стрелок обратной связи описаны процессы, которые выполняются
в случае несоответствия продукции предъявляемым требованиям.
Список литературы
1. Бурляева Е. В., Колыбанов К. Ю., Панова С. А. Информационная поддержка систем принятия решений на производственных предприятиях химического профиля. М.: Издательство МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2013.
2. Делекторский А. А., Стефов Н. В. Протяженные гибкие аноды — универсальное решение проблемы долговечности электрохимической защиты подземных металлических трубопроводов // Территория «Нефтегаз». 2005. № 5.
3. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования // Госстандарт России. М.: Издательство стандартов, 2001.
4. Устинова Н. С., Бурляева Е. В. Процессный подход к моделированию производства модулей электрохимической защиты от коррозии // Перспективы развития информационных технологий. XIX Международная научно-практическая конференция. Новосибирск, 2014.
N. Ustinova, Graduate Student, Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies, 1404n@mail.ru E. Burljaeva, Dr of Technique, Professor, Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies, k2462112@ya.ru
Functional modeling of anod grounding modules manifacturing for electrochemical protection from corrosion
Anode grounding modules provide electrochemical protection against corrosion of metal constructions. The functional modeling technique includes sequent decomposition of manufacturing and quality control processes. The functional-technological model describes activities, technological equipment, raw materials, and quality requirements. The complex functional model in IDEF0 notation is presented. Keywords: electrochemical protection, extended flexible anode, functional modeling.
