CC BY
17
УДК 636.085.55+721.01
ПРЕИМУЩЕСТВА МОДУЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАЛЫХ КОМБИКОРМОВЫХ ЗАВОДОВ
БРАГИНЕЦ СВ.,
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», e-mail: [email protected].
БАХЧЕВНИКОВ ОН.,
кандидат технических наук, научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», e-mail: [email protected].
БЕНОВА Е.В.,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», e-mail: [email protected].
Реферат. В настоящее время отсутствуют специфические методы проектирования малых комбикормовых заводов, учитывающие особенности внутрихозяйственного производства кормов. Добиться значительного снижения затрат времени и труда возможно только при проектировании малого предприятия на базе модульного принципа построения. Целью исследования являлась наглядная демонстрация преимуществ модульного проектирования перед традиционным применительно к разработке проектов и созданию малых комбикормовых заводов. Ключевой эффект применения модульного метода проектирования для малых внутрихозяйственных комбикормовых предприятий заключается в сокращении сроков и трудоемкости планирования и, соответственно, снижении его стоимости. Значительно уменьшается сложность проектирования. Предполагаемое сокращение времени проектирования нового комбикормового предприятия по сравнению с традиционным составляет приблизительно 67 %, при этом трудозатраты на планирование могут быть уменьшены на 50 %. Проектирование модульного предприятия обойдется в 1,5-2 % от полной стоимости его строительства, что в 4-5 раз меньше традиционного варианта. За счет использования при строительстве стандартных конструктивных модулей, доставляемых на стройплощадку с уже установленным внутри них оборудованием, стоимость строительно-монтажных работ по сравнению с возведением традиционного здания завода уменьшается в 3-3,5 раза. В итоге показана высокая эффективность проектирования малых комбикормовых заводов на основе модульного построения. Результатом будет являться формирование модульного предприятия оптимальной для данных условий компоновки, реализация которой создает основу для организации внутрихозяйственного производства полнорационных комбикормов на качественно более высоком уровне.
Ключевые слова: комбикорм, комбикормовый завод, модуль, модульный завод, модульное проектирование.
ADVANTAGES OF MODULAR DESIGN THE SMALL-SCALE FORMULA-FEED PLANTS
BRAGINETS S.V.,
Candidate of Technical Sciences, Leading scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, e-mail: [email protected].
BAKHCHEVNIKOV O.N.,
Candidate of Technical Sciences, Scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, e-mail: [email protected].
BENOVA E.V.,
Candidate of Technical Sciences, Senior scientific associate, Agricultural Scientific Centre Donskoy, e-mail: [email protected].
Essay. The specific methods of design of small-scale formula-feed plants considering features of intraeconomic production of forages are absent now. In case of design of the small-scale plant on the basis of the modular principle of creation the perhaps considerable lowering of expenses of time and work. Evident demonstration of advantages of modular design before traditional in case of project development and construction of small-scale formula-feed plants was a research objective. The key effect of application of the modular method of design for the small-scale intraeconomic formula-feed enterprises consists in abbreviation of periods and labor input of planning and lowering of its cost. Complexity of design considerably decreases. Alleged abbreviation of design time of the new formula-feed enterprise makes about 67 % in comparison with traditional. Labor input of planning can be reduced by 50 %.
Design of the modular enterprise will cost 1.5-2 % of the overall cost of its construction. It is 4-5 times less than the cost of traditional construction. The cost of installation and construction works in comparison with construction of the traditional building of the plant decreases by 3-3.5 times because of use of the standard constructive modules delivered to the building site with the equipment which is already installed inside. High performance of design the small-scale formula-feed plants on the basis of modular creation is shown in the total. Formation of the modular enterprise of configuration, optimum for these conditions, which implementation creates a basis for the organization of intraeconomic production the full ration of compound feeds at qualitatively higher level will be result.
Key words: compound feed, formula-feed plant, module, modular factory, modular design.
Введение. В настоящее время широкое распространение получило создание в сельскохозяйственных предприятиях малых комбикормовых заводов (производительность 0,5-3 т/ч) для собственного производства полнорационных кормов [1]. Однако, как показал проведенный анализ, отсутствуют специфические методы проектирования таких предприятий, учитывающие особенности небольшого внутрихозяйственного производства комбикормов. Существующие методы предназначены для проектирования крупных комбикормовых заводов, являющихся объектами капитального строительства, работающих по сложной технологической схеме и использующих покупное сырье. Традиционный метод проектирования является весьма трудоемким, что в случае создания малого предприятия приводит к неоправданным затратам сил и средств и увеличивает его стоимость. При этом для каждого нового проекта комбикормового завода эту работу необходимо выполнять заново. Частично эта проблема решается путем фрагментарного использования в процессе проектирования типовых технологических, конструктивных, машинно-аппаратных, строительных и иных решений, выработанных при создании проектов сходных комбикормовых заводов [2]. Но использование таких готовых решений во всех разрабатываемых проектах приводит к появлению единообразных предприятий, плохо адаптированных к местным условиям и не удовлетворяющих индивидуальным требованиям заказчика. Таким образом, фактически происходящая стандартизация проектируемых комбикормовых заводов вступает в противоречие с актуальной тенденцией индивидуализации производства кормов, особенно необходимой для различ-
ных сельхозпредприятий с их разнообразными местными условиями. В современных условиях сельхозпредприятиям необходимы проекты малых быст-ровозводимых комбикормовых заводов, подходящих для их конкретных условий, работающих по простым адаптивным технологическим схемам и перерабатывающих преимущественно местное сырье. Важным условием также является короткий срок проектирования предприятия и его дешевизна.
Добиться значительного снижения затрат времени и труда возможно только при проектировании малого предприятия на базе модульного принципа построения [3, 4]. Этот метод уже был проверен при проектировании крупных и средних комбикормовых предприятий и был оценен положительно [4, 5]. При использовании модульного метода собственно процесс проектирования производится единоразово при создании типовых модулей и их возможных компоновок, образующих модульное предприятие [5, 6]. В качестве конструктивного модуля, содержащего оборудование технологических линий, получил распространение стальной каркас, имеющий габариты стандартного 20-футового грузового контейнера (6^2,5x2,6 м), позволяющие перевозить его железнодорожным и автомобильным транспортом (рисунок 1а) [5, 6]. Готовые модули с уже установленным оборудованием доставляются заказчику, где размещаются на легком фундаменте и соединяются в вертикальной и горизонтальной плоскостях соединительными элементами, образуя многоуровневую конструкцию (рисунок 1б). Машины, входящие в состав разных модулей, соединяются транспортным оборудованием. В итоге модули образуют после сборки цельное производственное здание.
Рисунок 1 - Модульные комбикормовые предприятия: а - типовой модуль; б - малый модульный завод
б
а
Создание проекта нового модульного предприятия сводится к подбору необходимых для данного случая типовых модулей и составлении из них структурной схемы (компоновки) малого комбикормового завода. Это позволяет легко удовлетворять индивидуальные требования заказчиков. Такой метод проектирования позволяет в дальнейшем изменять структуру комбикормового предприятия в процессе его эксплуатации, что значительно увеличивает его жизненный цикл.
Целью исследования является наглядная демонстрация преимуществ модульного проектирования перед традиционным применительно к разработке проектов и созданию малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов.
Материал и методика исследования. Объектом исследования являлись методы проектирования и создания модульных производственных систем на примере малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов (производительность 0,5-3 т/ч). Исследования проводились с использованием методов системного анализа и синтеза [7], адаптированных для применения в инженерной сфере [8, 9]. Формирование структуры малого комбикормового предприятия производилось на основе модульного принципа построения производственных систем [10].
Результаты исследования. Разработанный метод проектирования внутрихозяйственного модульного комбикормового предприятия представляет собой совокупность четырех методов, применяемых последовательно [6]:
1) метод адаптации типовой технологической схемы производства комбикормов для конкретного модульного внутрихозяйственного предприятия;
2) метод проектирования типового технологического модуля внутрихозяйственного комбикормового предприятия;
3) метод проектирования типовых компоновок (структур) модульных внутрихозяйственных предприятий;
4) метод определения оптимальной компоновки (структуры) внутрихозяйственного модульного предприятия по производству комбикормов.
Использование разработанных методов позволяет значительно сократить сроки и снизить стоимость проектирования модульных комбикормовых предприятий по сравнению с традиционными. Кроме того, составление компоновок предприятий из типовых модулей и использование готовых компоновок таких модулей значительно снижает требования к квалификации проектировщика, позволяя производить его предварительный этап самому заказчику. Модульная архитектура малого комбикормового завода является открытой, т.е. позволяет включать новые или исключать дейст-
вующие модули без длительной остановки предприятия.
Компоновка внутрихозяйственного предприятия по производству комбикормов из автономных технологических линий, размещаемых в отдельных модулях, позволяет легко изменять схему технологического процесса, добавляя или исключая из него технологические операции, либо заменяя их, обеспечивая тем самым качественную подготовку различных видов сырья, в том числе местного, и улучшение качества готовых кормов. Тем самым обеспечивается адаптивность производства к изменяющимся внешним условиям и требованиям потребителей и высокая степень устойчивости системы внутрихозяйственного производства комбикормов. Предложенный метод проектирования позволяет разрабатывать разнообразные варианты малых комбикормовых заводов.
Ключевой эффект применения модульного метода проектирования для малых внутрихозяйственных комбикормовых предприятий заключается в сокращении сроков и трудоемкости разработки проекта и, соответственно, снижении его стоимости. Также значительно уменьшается сложность проектирования, для его выполнения возможно привлекать менее квалифицированных проектировщиков. Предполагаемое сокращение времени проектирования нового комбикормового предприятия по сравнению с традиционным составляет приблизительно 67 %, при этом трудозатраты на планирование могут быть уменьшены на 50 %.
Большое преимущество модульных структур комбикормовых предприятий состоит в том, что они помогают достигнуть более высокого уровня адаптируемости. Поскольку конкретные модули могут быть снова использованы в другой конфигурации предприятия или адаптированы к измененным требованиям путем их реконструкции, их жизненный цикл значительно увеличивается.
Преимущества метода проектирования комбикормовых предприятий на основе модульной структуры наглядно иллюстрирует упрощенный график (рисунок 2), в котором на оси х показаны результаты проектирования, а на оси у - его эффективность, выражающаяся в снижении стоимости и уменьшении продолжительности [2, 11]. При составлении графика были использованы результаты исследований A. Kampker и др. [2, 11].
Пунктирная линия на графике описывает типичную кривую традиционного проектирования предприятия без стандартизованных модульных элементов. Она демонстрирует низкую эффективность такого метода, обусловленную увеличением затрат труда и времени, которые повышаются при увеличении размеров и сложности структуры проектируемого завода.
Результаты проектирования
Рисунок 2 - Сравнительная эффективность традиционного и модульного проектирования малых комбикормовых заводов
Сплошная линия описывает проектирование предприятия на основе модульного принципа построения. Особенностью этой кривой является наличие трех вертикальных участков, на которых происходит скачкообразное повышение эффективности [11]. Они представляют собой три составляющих повышенной эффективности проектирования комбикормовых предприятий на основе стандартизованных конструктивных модулей.
Составляющие повышенной эффективности модульного проектирования малых комбикормовых предприятий (рисунок 2):
1. Проектирование схемы технологического процесса на базе типовой технологической схемы (общей технологической системы) и стандартизованных дополнительных подсистем (технологических модулей).
2. Этап подбора технологического оборудования. При модульном проектировании он пропускается, так как стандартные модули, входящие в номенклатуру, уже укомплектованы необходимыми машинами и аппаратами.
3. Строительное проектирование модульных предприятий производится на основе стандартных конструктивных модулей единого типоразмера со стандартизованными соединительными элементами.
Таким образом, в ходе проектирования модульного комбикормового предприятия на всех трех этапах: составление технологической схемы, составление машинно-аппаратной схемы и разработка строительной части в результате замены собственно разработки элементов проекта на их
выбор из номенклатуры стандартных модулей имеет место значительное снижение затрат времени и труда проектировщиков, приводящее к уменьшению стоимости проектирования. Это немаловажно при разработке проектов малых внутрихозяйственных комбикормовых предприятий. При традиционном проектировании его стоимость достигает 10 % от стоимости строительно-монтажных работ, тогда как проектирование модульного предприятия по предлагаемым методам обойдется в 1,5-2 % от полной стоимости его строительства (включая стоимость оборудования).
За счет использования в ходе строительства стандартных конструктивных модулей, доставляемых на стройплощадку с уже установленным внутри технологическим оборудованием, стоимость строительно-монтажных работ по сравнению с возведением традиционного здания завода уменьшается в 3-3,5 раза.
Вывод. Таким образом, показана высокая эффективность проектирования внутрихозяйственного производства комбикормов на основе модульного построения. Проектирование внутрихозяйственных малых комбикормовых предприятий на основе открытой модульной архитектуры позволяет значительно ускорить и упростить этот этап создания производства. Результатом будет являться формирование модульного предприятия оптимальной для данных условий компоновки, реализация которой создает основу для организации производства полнорационных комбикормов в сельхозпредприятиях на качественно более высоком уровне.
Список использованных источников
1. Федоренко И.Я., Садов В.В. Уточнение номенклатуры сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов (на примере Алтайского края) // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - № 1. - С. 87-90.
2. Deficits and Solutions in the Development of Modular Factory Systems / A. Kampker, P. Burggraf, M. Krunke, H. Voet // International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering. - 2015. - Т. 9. - № 11. -С. 2025-2030.
3. Rogers G.G., Bottaci L. Modular production systems: a new manufacturing paradigm // Journal of Intelligent Manufacturing. - 1997. - Т. 8. - № 2. - С. 147-156.
4. Eijmberts P. Containerized plants as concept in feedmill design // Australasian Milling Conference Proceedings, 2014.
5. Модульные заводы: практичные решения // Комбикорма. - 2016. - № 7-8. - С. 28-34.
6. Основные положения технологического проектирования внутрихозяйственного производства комбикормов на основе модульного построения / С.В. Брагинец, О.Н. Бахчевников, Е.В. Бенова, М.В. Чернуцкий // Вестник Курганской ГСХА. - 2017. - № 2. - С. 24-27.
7. Винограй Э.Г. Аналитические подходы к структурированию целостных образований // Социогу-манитарный вестник. - 2012. - № 1. - С. 128-138.
8. Винограй Э. Г. Учет системных закономерностей в инженерном мышлении и проектировании // Социогуманитарный вестник. - 2014. - № 1. - С. 141-154.
9. Wasson C.S. System engineering analysis, design, and development: Concepts, principles, and practices. John Wiley & Sons, 2015. 818 с.
10. Shaik A.M., Rao V.V.S.K., Rao C.S. Development of modular manufacturing systems - a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - Т. 76. - № 5-8. - С. 789-802.
11. Kampker A., Voet H., Burggraf P., Krunke M., Kreiskother K. Methodology for the Development of Modular Factory Systems // FAIM Conference Proceedings. - 2014. - С. 131-138.
12. Gorecky D., Weyer S., Hennecke A., Zuhlke D. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - Т. 49. - № 31. - С. 79-84.
List of sources used
1. Fedorenko I.YA., Sadov V.V. Specification of the nomenclature of the agricultural enterprises for production of compound feeds (on the example of Altai Krai) // Bulletin of the Altai State Agricultural University. -2014. - No. 1. - P. 87-90.
2. Kampker A., Burggraf P., Krunke M., Voet H. Deficits and Solutions in the Development of Modular Factory Systems // International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering. - 2015. - Vol. 9. - No. 11. - P. 2025-2030.
3. Rogers G.G., Bottaci L. Modular production systems: a new manufacturing paradigm // Journal of Intelligent Manufacturing. - 1997. - Vol. 8. - No. 2. - P. 147-156.
4. Eijmberts P. Containerized plants as concept in feedmill design // Australasian Milling Conference Proceedings, 2014.
5. Modular plants: practical decisions // Compound Feeds Magazine. - 2016. - No. 7-8. - P. 28-34.
6. Basic provisions of technological design of intraeconomic production of compound feeds on the basis of modular creation / S.V.Braginets, O.N. Bakhchevnikov, E.V. Benova, M.V. Chernutskiy // Vestnik Kurganskoj GSHA. - 2017. - No. 2. - P. 24-27.
7. Vinograj EH.G. Analytical approaches to structuring integral educations // Social and Humanitarian Bulletin. - 2012. - No. 1. - P. 128-138.
8. Vinograj E.G. The accounting of system regularities in engineering thinking and design // Social and Humanitarian Bulletin. - 2014. - No. 1. - P. 141-154.
9. Wasson C.S. System engineering analysis, design, and development: Concepts, principles, and practices. John Wiley & Sons, 2015. 818 p.
10. Shaik A.M., Rao V.V.S.K., Rao C.S. Development of modular manufacturing systems - a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - Vol. 76. - No. 5-8. - P. 789-802.
11. Kampker A., Voet H., Burggraf P., Krunke M., Kreiskother K. Methodology for the Development of Modular Factory Systems // FAIM Conference Proceedings. - 2014. - P. 131-138.
12. Gorecky D., Weyer S., Hennecke A., Zuhlke D. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - Vol. 49. - No. 31. - Р. 79-84.
