CC BY
16
УДК 621.
Канд. техн. наук С.В. ГУЛИН (ФГБОУ ВО СПбГАУ, serg.gulin2010@yandex.ru) Канд. техн. наук А.Г. ПИРКИН (ФГБОУ ВО СПбГАУ, e-mail: pirkin.ag@mail.ru)
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ
НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АПК
Поточное производство является основой функционирования любого перерабатывающего предприятия агропромышленного комплекса (АПК). Оно имеет достаточно сложную производственно-техническую систему, состоящую из совокупности энерготехнологических поточных линий (ЭТЛ) [1]. ЭТЛ в общем случае представляют собой совокупность машин, механизмов, аппаратов, энергетического оборудования, соединенных друг с другом конвейером и выполняющих единый технологический процесс [2].
Поскольку поточное производство - это мощный потребитель энергоресурсов, оценка эффективности функционирования его ЭТЛ является весьма актуальной задачей.
Цель исследования. Целью исследования в настоящей статье является формирование методологии оценки эффективности функционирования ЭТЛ на предприятиях АПК.
Характерной особенностью решения задач оценки эффективности поточных производств является то, что, кроме оценки объема потребляемой энергии для производства продукции, необходимо учитывать надежность и ремонтопригодность энергетического оборудования поточных линий. Вместе с тем решение вышеназванных задач должно быть связано с качеством энергоаудита и мониторинга работы энергооборудования.
В связи с вышесказанным эффективность функционирования энерготехнологического оборудования поточной линии Эт (t), независимо от вида выпускаемой продукции, можно представить в виде некоторой сложной функции F от трех функций времени Эам(0, ЭИэ(0,
Энл (t):
Эпл (t)= F[3sm(Î), Эпэ (t), ЭнлШ (1)
где Ээм(0 - составляющая эффективности, определяемая качеством проводимого энергоаудита и мониторинга;
ЭИэ(0 - составляющая эффективности, связанная с объемом потребляемой энергии абсолютно надежно работающей линии (энергетическая эффективность);
Энл^) - составляющая эффективности, учитывающая надежность и ремонтопригодность энерготехнологического оборудования (ЭТО) линии.
Первая составляющая определяется инструментальным обследованием с применением стационарных или специализированных портативных приборов. Вторая и третья составляющая эффективности напрямую зависят от качества работы энергосервисной компании (ЭСКО), обеспечивающей поддержание необходимых параметров производственного процесса [3]. К таким параметрам следует отнести производительность поточной линии и энергоемкость продукции.
По определению, предложенному в работе [4], под энергетической эффективностью следует понимать характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов для получения такого эффекта.
Величина Эил(0, определяемая по формуле (1), представляет собой некоторое текущее (мгновенное) значение эффективности, соответствующее конкретному моменту времени.
В связи с тем, что конечной целью поточного производства любого предприятии АПК является выпуск или переработка сельхозпродукции с целью ее дальнейшей реализации потребителям, и для этого требуется определенный период времени, эффективность каждой ЭТЛ должна оцениваться некоторым интегральным критерием:
где Эпл - интегральный критерий эффективности ЭТЛ;
Т- рассматриваемый период производства продукции.
Формулы (1) и (2) справедливы как для конкретной ЭТЛ, так и для поточного производства в целом.
Для построения математической модели, описывающей процесс функционирования ЭТЛ, потребуется рассмотреть динамику процесса, т.е. работу ЭТЛ в переходных режимах. Следовательно, процесс производства должен описываться дифференциальными уравнениями (обыкновенными или с частными производными).
Материалы, методы и объекты исследования. Эффективность поточного производства на предприятиях АПК обеспечивается тремя взаимосвязанными процессами:
- мониторинг (текущий контроль параметров);
- энергосбережение (обеспечение энергетической эффективности);
- профилактика и ремонт энерготехнологического оборудования.
Взаимосвязь вышеуказанных процессов можно наглядно представить в виде схемы (рис.1).
На схеме стрелками изображены два вида информационных потоков:
1. Информация о состоянии контролируемых параметров системы (осведомительная информация).
2. Управляющая информация, формируемая энергоменеджером.
Управляющая информация в свою очередь подразделяется на информацию:
- направленную на формирование или корректировку энергосберегающих
мероприятий;
- обеспечивающую повышение эксплуатационной надежности.
Поточное производство
3
Рис.1. Взаимосвязь процессов, обеспечивающих поточное производство
Стрелками «3» на схеме показаны обратные связи (потоки осведомительной информации), формирующие соответствующий замкнутый контур управления.
Особенности мониторинга энергетического оборудования поточного производства заключаются в необходимости оценки эффективности энергоиспользования в текущие моменты времени, а также в обеспечении процесса прогнозирования отказов оборудования с целью оперативного реагирования на аварийную ситуацию. Это позволит обеспечить надежную работу оборудования в энергосберегающих режимах. Анализ эффективности функционирования поточного производства в значительной степени определяется качеством предварительного энергоаудита и контроля состояния энергооборудования.
Так как работа ЭТЛ протекает в условиях воздействия многочисленных случайных факторов, энергоменеджеры достаточно часто вынуждены принимать управленческие решения в условиях неопределенности. В связи с вероятностным характером процессов, протекающих в отдельных подсистемах (ЭТЛ) поточного производства, решение задачи оценки его эффективности состоит из следующих этапов (рис.2).
Рис.2. Алгоритм оценки эффективности функционирования ЭТЛ поточного производства
Статистическая обработка данных мониторинга позволит сформировать входную информационную базу для вероятностного моделирования поточного производства. Результаты моделирования дают детальную картину как энергетических, так и технологических возможностей поточного производства в зависимости от параметров качества работы энергетических установок и систем.
Как показано в работе [1], эффективность энерготехнологических систем, в конечном счете, оценивается такими экономическими критериями, как себестоимость выпускаемой продукции и прибыль, полученная от ее реализации.
Вероятностные модели процессов функционирования двух параллельно работающих ЭТЛ представлены в работе [1].
Ограничившись рассмотрением третьей составляющей эффективности функционирования ЭТЛ (составляющей, учитывающей надежность и ремонтопригодность ЭТО), предположим следующее:
1. Каждая поточная линия в любой случайный момент времени может выйти из строя.
2. После выхода линии из строя мгновенно начинается ее ремонт, продолжающийся заранее неизвестное, случайное время.
Обозначим четыре возможных состояния системы, состоящей из двух параллельно работающих ЭТЛ:
Бо - обе ЭТЛ исправны;
Б1 - первая линия ремонтируется, вторая исправна; Б2 - вторая линия ремонтируется, первая исправна; Бз - обе линии ремонтируются.
Переход системы из одного состояния в другое происходит практически мгновенно, в случайные моменты времени выхода из строя той или иной линии или окончания процесса их ремонта.
При анализе случайных процессов с дискретными состояниями удобно пользоваться некоторой геометрической схемой, называемой графом состояний. Для нашего случая граф состояний будет иметь следующий вид (рис.3).
Рис.3. Граф состояний процесса функционирования системы: ^2, Цл, Ц-2 - интенсивность потоков событий, представляющих безотказную работу и процесс ремонта соответствующей линии
Стрелка на схеме, направленная из состояния Бо в , означает переход в момент отказа какого-либо узла в первой поточной линии. Стрелка, направленная обратно, из состояния в Бо - переход в момент окончания ремонта этого узла. Направления остальных стрелок объясняются аналогично.
В предложенных моделях используется математический аппарат теории массового обслуживания и марковских процессов. Результаты моделирования позволят, введя цены на выпускаемую продукцию, оценить интегральный критерий эффективности - Эпл, представленный в формуле (2), через математическое ожидание дохода от реализации выпущенной продукции:
и
м;л; = (3)
¡=1
где п - число возможных состояний, в которых могут находиться все ЭТЛ поточного производства;
7 - номер возможного состояния ЭТЛ поточного производства;
_Л- _ - математическое ожидание доходов поточного производства при нахождении поточных линий в некотором состоянии
Рг - вероятность нахождения поточного производства в состоянии &.
Введем следующее обозначение для математического ожидания
Л = М_Л_. При хорошо налаженном поточном производстве (при отсутствии частых непредвиденных ситуаций) элементы решения Х1,Х2,--Хп мало отличаются от своих математических ожиданий. Задача отыскания математических ожиданий параметров
Л':,Л':.....V.. , обеспечивающих оптимальные (максимальные или минимальные) значения
интегрального критерия эффективности, может быть решена методом линейного программирования [2, 3].
Как показано в работе [5], в потребительской энергосистеме, каковой и является ЭТЛ поточного производства, различные виды энергии и оборудования функционально связывают две интегральных величины - подводимая энергия и выпускаемая продукция.
В нашем конкретном случае весьма актуальной является задача получения максимального дохода от реализации продукции при минимальном расходе энергии. В рамках задач линейного программирования эта задача может быть сформулирована следующим образом: найти (подобрать) такие неотрицательные значения переменных
Л': ,Л':.....V.. , чтобы они удовлетворяли всем неравенствам-ограничениям и, вместе с тем,
обращали в максимум или в минимум линейную функцию этих переменных:
Д = + + - + ^
где Д, IV - математические ожидания суммарного дохода и расхода энергии;
п - количество видов выпускаемой продукции;
Л^.Л';.....- математические ожидания объема выпускаемой продукции каждого
вида;
Л:.Л;. . . Л:- - доход, получаемый от реализации соответствующего вида продукции.
.' :. .' :.....' - расход энергии для производства соответствующего вида
продукции.
Результаты исследования. Представленная методология оценки эффективности ЭТЛ поточных производств позволяет решить две важные задачи:
- оценка энергетического ресурса и разработка мероприятий по энергосбережению;
- учет эксплуатационной надежности и ремонтопригодности энергетического
оборудования поточных линий.
Выводы. Решение вышеназванных задач позволяет энергоменеджерам принять правильные управленческие решения по энергосбережению и свести к минимуму риски в процессе эксплуатации энергетического оборудования.
Завершающим этапом деятельности энергоменеджера является обеспечение максимального значения интегрального критерия эффективности поточного производства в целом, определяемого по формуле (2).
Определение максимального значения интегрального критерия как для отдельной ЭТЛ, так и для поточного производства в целом, является сложной математической задачей. Это обусловлено тем, что сами функции Эам(0, Эпэ(t), Энл(1) являются случайными и достаточно сложна корреляционная связь между ними.
Литература
1. Исаенко Д.А., Пиркин А.Г. Вероятностный подход к оценке энергетической эффективности функционирования поточных линий на предприятиях АПК// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - № 23. - С. 434441.
2. Туровцев О.Г. Организация производства и управление предприятием: учебное пособие. -М.: Инфра-М, 2002. - 350 с.
3. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Использование комплексного подхода для решения задач эксплуатации сложных энерготехнологических систем на предприятиях АПК // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 37. - С.199-203.
4. Карпов В.Н. Энергосбережение. Метод конечных отношений: монография. - СПб: СПбГАУ, 2005. - 137 с.
5. Карпов В.Н. Научные проблемы энергоэффективности действующих технических систем. // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2017. -№ 4(49). - С.268-274.
Literatura
1. Isaenko D.A., Pirkin A.G. Veroyatnostnyj podhod k ocenke ehnergeticheskoj ehffektivnosti funkcionirovaniya potochnyh linij na predpriyatiyah APK// Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2011. - № 23. - S. 434-441.
2. Turovcev O.G. Organizaciya proizvodstva i upravlenie predpriyatiem: uchebnoe posobie. - M.: Infra-M, 2002. - 350 s.
3. Gulin S.V., Pirkin A.G. Ispol'zovanie kompleksnogo podhoda dlya resheniya zadach ehkspluatacii slozhnyh ehnergotekhnologicheskih sistem na predpriyatiyah APK // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2014. - № 37. - S.199-203.
4. Karpov V.N. EHnergosberezhenie. Metod konechnyh otnoshenij: monografiya. - SPb: SPbGAU, 2005. - 137 s.
5. Karpov V.N. Nauchnye problemy ehnergoehffektivnosti dej stvuyushchih tekhnicheskih sistem. // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2017. - № 4(49). -S.268-274.
УДК 663.915
Доктор техн. наук М.М. БЕЗЗУБЦЕВА (ФГБОУ ВО СПбГАУ, mysnegana@mail.ru) Канд. техн. наук В.С. ВОЛКОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, vol9795@yandex.ru)
К РАСЧЕТУ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ КРИОТЕХНОЛОГИЙ
Тонкое и сверхтонкое измельчение сырья в атмосфере воздуха приводит к интенсивному его окислению и разложению вследствие выделения тепловых потерь при энергонапряженном силовом воздействии на продукт рабочих органов механоактиваторов. При этом теряется значительная часть витаминов, ароматических и питательных веществ, образуются агрегаты частиц порошков. Диспергирование в инертных средах способствует устранению указанных недостатков [1 ].
