CC BY
24
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ Ю.Р. Осипов, д-р техн. наук, профессор, С.Ю. Осипов, канд. техн. наук, доцент
О.А. Панфилова, канд. техн. наук
Вологодский государственный технический университет
Тверской государственный технический университет Вологодский институт права и экономики ФСИН России
В статье изложены теоретические исследования и практические рекомендации по оценке экономической эффективности гуммированного оборудования и управлению технологическими процессами с использованием обобщенной функции желательности Харрингтона. На основе обобщенной функции желательности определены соотношения режимов термообработки, способствующие получению качественных и оптимальных по стоимости покрытий
Все возрастающий объем производства химического оборудования выдвигает на одно из первых мест требования экономического характера - минимальная стоимость оборудования и минимальные затраты по его эксплуатации при высокой степени надежности и необходимой долговечности, а это, в свою очередь, неразрывно связано с проблемами изыскания материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью. От рационального выбора материалов и средств их защиты часто зависит не только экономика, но и возможность осуществления технологического процесса [1-3].
Анализ статистических данных о надежности химической аппаратуры показал, что более 90 % химической аппаратуры работает надежно. Наряду с этим в технологических линиях по производству некоторых химических продуктов эксплуатируются аппараты, средняя наработка на отказ которых не превышает 300 ч., а общий срок службы составляет один - два года. Установлено, что около 80 % ненадежного оборудования составляет теплообменная и емкостная аппаратура, а основной причиной отказов химического оборудования является коррозионное разрушение металла [1].
Гуммирование - один из широко используемых способов защиты оборудования от коррозии, кавитационных, эрозионных и других видов воздействия, которые позво-
ляют значительно сократить расход дефицитных и дорогостоящих металлов и сплавов [1,3,4].
Стоимость основного и вспомогательного вулканизационного оборудования составляет примерно 35% стоимости всего оборудования гуммировочных производств, а потребление тепловой энергии в отделении вулканизации - 75% от всех технологических затрат тепла. По этим причинам всегда одним из наиболее актуальных направлений совершенствования технологии гуммировочных производств было повышение производительности вулкани-зационного оборудования и сокращение энергетических затрат.
Эти проблемы остро стоят перед всеми предприятиями страны, в том числе городов Вологды, Череповца, Сокола и всей Вологодской области. Теплоэнергетическая (г. Вологда, г. Череповец, г. Сокол), химическая, металлургическая и целлюлозно-бумажная (ООО «РТИ-Центр», г. Череповец; ОАО «Северсталь», г. Череповец; ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод»; ОАО «Сокольский целлюлозно-бумажный комбинат»; ОАО «Череповецкий азот»; ОАО «Аммофос», г. Череповец) отрасли промышленности Вологодской области с непрерывными технологическими процессами, а также целый ряд других отраслей являются крупнейшими потребителями гуммированного оборудования [3,4].
Обобщенная функция желательности Харрингтона является однозначным, универсальным параметром оптимизации системы, позволяющим учитывать требования, предъявляемые к свойствам материала, а также степень их важности.
Изучена возможность применения этой функции для технологической и экономической оценки режимов горячего крепления покрытий на основе различных каучуков. В качестве объекта исследования рассмотрены покрытия из резины марок 2566 и полуэбонита марки 1752 на основе натурального и бутадиенового каучуков, резины марки 1976
на основе бутадиенового каучука [1].
Экспериментальные данные получены в результате испытаний 16 опытных образцов из материала каждого вида с применением метода рационального планирования эксперимента в виде греколатинского квадрата [1]. На рисунке показан график функции желательности Харрингтона, где у' - ее кодированные (безразмерные) текущие значения. Для перевода натуральных значений у все множество разделено на подмножества, относительно которых можно оценить качество объекта.
Функция желательности Харрингтона при одностороннем ограничении исследуемых показателей покрытия из резины марки 2566
Так как все натуральные значения у имеют одностороннее ограничение, то шкалу у' можно разделить на два подмножества с оценкой «Хорошо» и «Плохо». В области «Хорошо», соответствующей интервалу утт <у < утах, 0 < у' < 1,5, функция желательности близка к линейной. Из анализа графика (рис.1) следует, что при такой градации оценок функция желательности может прини-50
мать значения 0 < й < 0,37 (область «Плохо») и 0,37 < й < 0,8 (область «Хорошо»). Максимальное значение й (й = 0,8) соответствует у = утах, т. е. самому лучшему качеству по данному показателю.
Аналитически функция желательности Харрингтона задана уравнениями:
di = exp(- exp(-yj));
y'i= Ky, + b,
(1)
Kymin + b = 0; Kymax + b = 1,5.
m I m , .
Dg =Пd?= exp -Z^exp(-yl)
j=1
V j=1
<p(y) = ; t = £
j=i
ч 2a
yj
cy j
+
2a
У j min
by
j У
, (4)
где 1 - номер эксперимента; К и Ь - константы, определяемые из граничных условий:
(2)
Обобщенный критерий показателя DG качества введен как свертка частных функций желательности di. В качестве такого критерия использована средняя геометрическая свертка:
. (3)
j max у
где с и b - положительные числа порядка 1,0001; а - положительное число порядка 10 000.
При вычислении комплексной оценки К0 качества с помощью компьютера сравнительно просто можно реализовать следующее условие: К0 = DG для всех j, если yj входит в интервал от ymin до утах, и К0 = 0 при всех остальных значениях yj.
При одностороннем ограничении исследуемых показателей нет необходимости вводить коэффициент вето. Его функцию выполняет средняя геометрическая свертка. DG значительно уменьшается при выходе хотя бы одного значения у| за пределы yjmin. В этом случае справедливо равенство:
Здесь т - число исследуемых показателей; j - номер исследуемого, показателя; а] -весовой коэффициент, учитывающий значимость ]-го показателя в общей системе:
Dg.
(5)
а
j< 0 < 1 £а;=1.
j=1
Комплексная величина Ко, по которой оценивают качество объекта в целом,
^ =Ф(У^.
Значение Ко должно быть таким, чтобы невозможно было «перекрыть» низкий уровень одних показателей качества более высоким уровнем других. Для этого вводится особая функция ф(у) - коэффициент вето, которая имеет следующий смысл. Функция ф(у) должна убывать почти до нуля, как только значение у) - любого ]-го показателя качества выйдет за пределы допустимого интервала от ут1„ до утах, что приведет к снижению комплексной оценки К0 качества. Такому условию в большей степени удовлетворяет следующее выражение:
Следует отметить, что среди показателей качества могут быть относительно маловажные, даже очень низкие значения которых не должны приводить к уменьшению коэффициента К0. Это обстоятельство учтено в формуле (3) с помощью весовых коэффициентов а]. Таким образом, используя выражения для обобщенной функции желательности и при необходимости для коэффициента вето можно оптимизировать какие-либо параметры объекта с учетом требований к их качеству и стоимости.
Из анализа данных следует, что все натуральные значения у] имеют одностороннее ограничение, для которого справедливо равенство (5). Следовательно, критерием качества могут служить непосредственно значения обобщенной функции желательности.
Весовые коэффициенты а] определены путем экспертного опроса с помощью методов ранжирования и последовательных сравнений, которые в последнее время широко применяют при измерении уровня качества продукции. Согласование полученных весов
выполнено по коэффициенту конкордации Кендэла. По выражениям (1) - (3) определены соотношения режимов термообработки, способствующие получению качественных и оптимальных по стоимости покрытий.
В результате обработки экспериментальных данных на ПЭВМ получено, что экономически эффективные режимы вулканизации, при которых качество покрытий считается хорошим, соответствуют: для резины 2566 Бо =0,72 при Т = 428 К, т = 2400 с, 5об = 4,5 мм, 5ст = 4,0 мм; для резины 1976 Бо =0,7 при Т = 428 К, т = 2400 с, 5об = 7,5 мм, 5ст = 4,0 мм; для полуэбонита 1752 Бо =0,7 при Т = 428 К, т = 4500 с, 5об = 3 мм, = 4 мм.
Правильность расчета подтверждает высокий качественный показатель готовых эла-стомерных обкладок: высокая химическая стойкость, большая прочность крепления, оптимальные значения предельных углов гибки и др.
Таким образом, обобщенную функцию желательности целесообразно применять для оценки экономически эффективных режимов горячего крепления покрытий, позволяет оптимизировать производственные процессы в установившихся и переходных режимах как по технологическим, так и по экономическим параметрам, что является необходимым в условиях современной рыночной экономики.
Кроме того, в качестве экономически эффективной можно использовать комплексную защиту химического оборудования. Следует отметить и то обстоятельство, что при использовании комплексной защиты возрастает надежность защиты как таковой, а следовательно, и надежность защищаемых основных фондов. При этом снижается риск
потерь от коррозии и, кроме того, уменьшается фактор хозяйственного (локального) риска вообще.
Литература
1. Осипов, Ю. Р. Термообработка и работоспособность покрытий гуммированных объектов [Текст] / Ю. Р. Осипов. - М.: Машиностроение, 1995. - 232 с.
2. Осипов, Ю. Р. Оптимизация распределенной системы управления непрерывным технологическим процессом [Текст] / Ю. Р. Осипов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2002. - №3. - С. 135-139.
3. Осипов, Ю. Р. Улучшение качественных показателей гуммировочных покрытий с помощью адаптивной системы оптимального управления [Текст] / Ю. Р. Осипов, С. Ю. Загребин, С. Ю. Осипов // Конструкции из композиционных материалов. - М.: ВИМИ, 2004. Вып. 3. - С. 20-29.
4. Осипов, Ю. Р. Автоматизированный технологический комплекс по производству гуммированных изделий [Текст] / Ю.Р. Осипов // Технология. Межотраслевой научно-технический сборник. Сер. Конструкции из композиционных материалов. - М.: ВИМИ, 1994. Вып. 4. - С. 29-36.
E-mail: iur.osipov2011@yandex.ru, iur.osipov2012@yandex.ru, panfilovaoa(amail. ru
Ключевые слова: гуммирование, теплообмен, резинометаллические изделия, химическое оборудование, надежность, эксплуатация, эффективность, обобщенная функция желательности.
