Термин «оцифровка» знаком и понятен каждому, кто застал эпоху перехода с VHS на DVD-диски. Когда же речь заходит о цифровизации производства, то подразумевается переход промышленных процессов в сферу автоматизации, киберфизических систем и интернета. Цифровое предприятие – это предприятие, адаптируемое под условия настоящего и имеющие перспективы развития в будущем.
Что такое цифровизация производства?
С тех пор как появился термин «цифровое производство», прошло более 25 лет. Технологический прогресс ушёл далеко вперёд и, соответственно, само понятие потерпело существенные изменения.
Изначально цифровыми называли предприятия, на которых удалось добиться автоматизации всех производственных процессов – от этапа подготовки до изготовления итогового продукта. В этом контексте акцент делался на программном обеспечении. Именно ПО упрощало и ускоряло отладку и эксплуатацию программ, предназначенных для осуществления контроля работы оборудования.
На момент 2020 года цифровизация предлагает не только использование последних технологических достижений для улучшения показателей производительности оборудования. Речь также может идти о создании для самого́ изделия либо для процесса его производства цифрового «двойника».
К примеру, прежде чем приступить к изготовлению металлической детали, в программе создаётся её цифровой макет. За его основу берут снятые мерки, физические и химические показатели металла. Затем виртуальная копия проходит через все этапы производства, что позволяет увидеть и просчитать возможные риски, не израсходовав при этом реальных материалов и денежных средств.
Цифровой двойник (Digital twin) – это многоуровневый макет, который может отображать как весь производственный процесс, так и отдельные технологические опции системы.
Сегодня цифровая трансформация промышленности базируется на четырёх столпах:
сложная IT-инфраструктура;
концепция промышленного интернета вещей (Internet of Things);
современная робототехника;
работа с большими данными (Big Data).
Благодаря цифровизации компании теперь имеют возможность разрабатывать продукты и технологии с минимальными затратами, а также презентовать концепт своего продукта в виртуальном виде.
Сканирование и 3D-моделирование – яркие примеры успешной цифровизации продуктов и технологий. Они существенно поспособствовали развитию инженерии, автомобилестроения и медицины.
Цифровая платформа объединяет все внутренние и внешние, онлайн и офлайн-процессы компании в некое общее виртуальное пространство. Это позволяет не упускать из виду информацию о состоянии рабочих мест, агрегатов и работы сервисных служб. Процесс управления становится значительно проще и нагляднее.
Современная техносфера
Биосфера с момента появления человека стала все сильнее подвергаться негативному влиянию его хозяйственной деятельности. С целью выживания человек вынужден был пойти по пути техногенного развития. Особенно жесткому воздействию со стороны человеческой деятельности природа стала подвергаться последние сто лет. Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата.
Термин техносфера — это область проявления технической деятельности человека. Особенностью техносферы является то, что область жизни в ней постоянно подвергается разнообразным и порой чрезвычайным по мощности залповым воздействиям. В начале эволюции техносферы эти воздействия были направлены практически полностью на живое вещество с целью максимально возможного обеспечения человека пищевыми ресурсами. С момента перехода к искусственному воспроизведению пищевых ресурсов человек начал вовлекать другие природные ресурсы — полезные ископаемые, воду. С каждым годом интенсивность хозяйственной деятельности ускоряется. В результате этого биосфера изменилась, превратившись в область активной технической деятельности, или в техносферу.
Однако в связи с нарушением эволюционно выработанного равновесия, выпадением части звеньев, ускорением всех процессов техносфера весьма уязвима и неустойчива. Пример тому — глобальные катастрофы, обрушивающиеся на планету в последние десятилетия.
Кроме того, существует принципиальное различие между солнечной и техногенной энергией. Солнечная радиация поступает к нам из практически неиссякаемого источника, техногенная — появляется при уничтожении невосполнимых форм энергии, накопленных экосистемой на протяжении всего времени существования планеты. Разрушительная функция техновещества намного превосходит все его созидательные качества.
Техносфера, созданная человеком с целью максимального удовлетворения его потребностей, сделала жизнь человеческой цивилизации значительно комфортнее, однако она стала основной угрозой человеку как живому виду. Она все больше преобразует природу, изменяя прежние и создавая новые ландшафты, оказывая активное влияние на сферы и оболочки Земли, и прежде всего на биосферу.
Говоря о важнейшем значении техники в жизни человека, нельзя не отметить обостряющуюся сегодня проблему гуманизации техносферы. Пока что наука и техника нацелены главным образом на максимальную эксплуатацию природных ресурсов, удовлетворение нужд человека и общества любой ценой. Последствия непродуманного, некомплексного и, как следствие, антигуманного воздействия на природу удручают. Технические ландшафты из отходов производства, уничтожение признаков жизни в целых регионах, загнанная в резервации природа — вот реальные плоды отрицательного влияния человека, вооруженного техникой, на окружающую среду. Все это также является следствием недостаточного взаимодействия естественных и общественных наук в осмыслении данной проблемы.
Технологии малоотходного и безотходного производства
Посмотрите видео
Это один из самых эффективных и перспективных способов снижения доли отходов, приходящихся на единицу выпускаемой продукции. В ряде стран этот способ сокращения объемов отходов рассматривается как стратегический, направленный одновременно на рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды.
Однако никакое производство вообще без отходов принципиально невозможно. Поэтому термин «безотходная технология» относят к процессам производства, при которых все сырье и энергия используются максимально рационально и комплексно.
Внедрение энергосберегающих технологий. Затраты на энергию и топливо составляют 15—20 % себестоимости в продукции предприятий. Поэтому использование тепла отходящих газов для экономии тепловой и электрической энергии способствует сбережению природных ресурсов и снижению себестоимости готовой продукции.
Использованию подлежит тепло дымовых газов котельных и топок, литейного, кузнечного и термического производств. Тепловая энергия направляется в производство или для отопления помещений. Стоимость вторичных энергоресурсов значительно ниже, чем добыча нефти и газа и транспортировка топлива.
Использование отходов (их переработка или применение в качестве сырья на другом производстве). Отходы все активнее используют для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг или получения энергии (например, использование отходов в качестве топлива, удобрений, стройматериалов, сырья других производств).
Чем больше отходов образуется в процессе производства, тем выше себестоимость готовых изделий и тем больше вероятность загрязнения окружающей среды. Расходы на производство сокращаются, если предприятия организуют использование (переработку) отходов.
Переработка отходов позволяет получить необходимые человеку материалы, изделия, топливо, химические вещества, удобрения, т.е. экономить природные ресурсы.
Эта проблема настолько важна, что еще в середине прошлого века в ряде стран (Японии, Германии, США и др.) были изданы законы об утилизации (использовании) вторичного сырья. В этих странах в течение полувека сформировалась индустрия переработки отходов.
Сейчас многие предприятия на месте разрабатывают технологические процессы и оборудование для переработки отходов собственных производств. Это, как правило, оказывается более выгодным, чем заниматься сбором, вывозом и захоронением отходов, оплачивая эти дорогостоящие операции. безотходный энергосберегающий вторсырьё
На железнодорожном транспорте начали осуществлять меры по использованию производственных отходов.
Внедряются технологии регенерации отработанных масел и смазок, регенерации и повторного использования электролита аккумуляторных батарей, трихлорэтилена — растворителя в машинах химической чистки рабочей одежды.
Около 20 % отработанных масел собирают и подвергают регенерации, при которой производится их очистка от механических примесей.
Восстановление свойств современных моторных масел крайне целесообразно. Масла могут содержать до десяти видов различных дорогостоящих присадок, улучшающих их эксплуатационные свойства. Присадки при работе двигателей расходуются мало. Возможность повторно использовать присадки значительно увеличивает ценность этого вида отходов.
Отходы масел, регенерация которых нецелесообразна, сжигают в котельных для получения тепла.
Использование отходов от ремонта железнодорожных путей. Вторичными ресурсами здесь являются изношенные рельсы, детали крепления рельсов, бетонные шпалы, щебень и песок.
Старые бетонные шпалы используют в качестве фундамента при строительстве хозяйственно-бытовых сооружений.
Изношенные рельсы применяют при строительстве различных зданий и сооружений производственного или хозяйственно-бытового назначения. Крепежные детали подлежат восстановлению или перерабатываются.
Использование металлических отходов. Себестоимость продукции из металлических отходов оказывается в десятки раз ниже, чем при изготовлении этой продукции из нового металла, и не связана с потреблением природных ресурсов. Уменьшается загрязнение окружающей среды.
Использование 1 т металлолома сберегает 2,5 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка. При выплавке стали из металлолома на 70 % снижается расход электроэнергии. Стоимость выплавки 1 т металла из отходов производства примерно в 20 раз ниже, чем из природного сырья.
На железнодорожном транспорте используются технологии повторного использования деталей списанного подвижного состава и производственного оборудования. Оборудование подлежит разборке. Затем детали сортируют на годные, подлежащие ремонту и негодные.
Негодные детали идут в металлолом, годные поступают на повторное использование для ремонта подвижного состава и производственного оборудования. Детали, подлежащие ремонту, проходят предварительную оценку на экономическую целесообразность их восстановления.
Использование древесных и текстильных отходов. Отходы древесины служат сырьем для изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит, фанеры, оргалита, картона.
Использование древесных отходов позволяет экономить деловую древесину. На основе отходов древесины с применением полимерных смол изготавливают подшипники скольжения для низкоскоростных трущихся пар. Из текстильных отходов делают текстолиты, фильтры.
Повторное использование отходов полимеров. Повторное использование полимерных материалов (пластмасс) — одна из трудно решаемых современных проблем.
Пластмассы — это композиты на основе полимеров (смол), которые и определяют в основном свойства пластмасс. В зависимости от типа полимера эти материалы подразделяют на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные полимеры (полиэтилен, полистирол, поливинил, полипропилен и другие) легко многократно перерабатываются в продукцию нового назначения, так как под воздействием тепла могут повторно размягчаться, переходя в вязкотекучее состояние, и формоваться с применением различных технологий.
Изделия, полученные из отходов термопластичных полимеров, по физико-механическим свойствам сопоставимы с изделиями из первичных пластмасс. Полиэтиленовые отходы (пленка, крошка, негодные детали, брак) могут также выступать в качестве компонента композиционных материалов (например, для изготовления труб, тары и другой продукции широкого потребления).
Но, к сожалению, у нас в стране основная масса отходов полиэтилена свозится на свалки, где они могут лежать годами, так как не гниют и крайне медленно разлагаются.
В США перерабатывают около 10 млн. тонн использованной полиэтиленовой пленки, что обеспечивает большой экономический эффект и сокращает загрязнение почвы.
Повторное использование отходов термореактивных полимерных материалов крайне затруднительно. Они при повторных нагреваниях не размягчаются, не растворяются практически ни в каких растворителях, а на свалках не гниют и не разлагаются. Повторная их переработка в основном выражается в измельчении дроблением. В таком виде они используются в качестве добавок в дорожные покрытия и строительные материалы.
Использование отходов резины. Отходы резины — бракованные резинотехнические изделия, изношенные покрышки. Резиновая крошка, полученная из старых покрышек, служит хорошим материалом для изготовления беговых дорожек стадионов, полов спортивных сооружений, настилов в промышленных зданиях, теплоизоляционных панелей и другой продукции, может служить наполнителем композиционных материалов.
Обезвреживание отходов — специальная обработка отходов, в том числе сжигание на специализированных установках в целях предотвращения вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду. Токсичные вещества при обезвреживании превращаются в нейтральные, нетоксичные и стойкие (неразлагающиеся) соединения.
Основные методы обезвреживания промышленных отходов:
— сжигание;
— пиролиз (разложение под действием высоких температур);
— обезвоживание осадков промышленных сточных вод;
— обработка химическими реактивами;
— сушка.
Сжигание. Путем сжигания можно обезвредить жидкие нефтесо-держащие, пастообразные и твердые горючие отходы и загрязнения, которые не подлежат повторному использованию. Температура обработки отходов (800—1100 °С) гарантирует полноту сгорания органических веществ. Тепло от сжигания используют для нагрева воды, для отопления и других нужд.
В крупных городах России работают мусоросжигательные заводы, уничтожающие бытовые отходы. Однако продукты горения требуют дальнейшей переработки или захоронения.
Тепло от сжигания направляется в основном на коммунальные нужды. В США за счет сжигания бытовых отходов на мусоросжигательных заводах экономят до 40 % топлива. Большое внимание уделяют экологической чистоте применяемых на этих заводах технологий.
Пиролиз. Разложение под действием высоких температур (пиролиз) применяют на железнодорожном транспорте для обезвреживания нефтешламов с использованием полученного тепла.
Выходящие газы имеют высокую теплоту сгорания, что позволяет использовать их в качестве топлива. Сухой обезвреженный материал, не содержащий нефтепродуктов, применяют в производстве стройматериалов и для приготовления асфальтобетонных смесей.
Жидкие негорючие отходы перед захоронением обезвоживают и обезвреживают тепловой обработкой.
Твердые негорючие отходы, содержащие токсичные вещества I— IV классов опасности, обезвреживают путем перевода токсичных соединений в менее токсичные с последующим захоронением в герметичных колодцах на специальных полигонах.
Размещение отходов (их хранение и захоронение). Размещение отходов, в том числе опасных, осуществляется в соответствии с лимитами на специально оборудованных полигонах, в шламохранилищах и т. д.).
Захоронение отходов — это изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду.
Полигоны для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов являются природоохранными сооружениями. В состав полигона, как правило, входят завод по обезвреживанию токсичных отходов и участок захоронения.
Захоронение нетоксичных отходов производится на свалках. Это наиболее простой по решению, но крайне неэкологичный и неэкономичный способ.
Захоронение радиоактивных отходов является одной из самых острых проблем. Ядерные отходы, непригодные к вторичному использованию, складируются чаще всего в специальных могильниках.
Для сокращения объема отходов их упаривают, сжигают, прессуют и т. п. Для предотвращения миграции радиоактивных изотопов с грунтовыми водами малоактивные отходы перед захоронением фиксируют с помощью битума или цемента в блоки. Высокоактивные отходы остекловывают.
Сброс радиоактивных веществ в составе сточных вод запрещен. Строятся и надземные хранилища. Проблемой являются их прочностные характеристики при возникновении чрезвычайных ситуаций природного (например, землетрясение) или техногенного (ядерного нападения, террористического акта и тому подобных акций) характера. Однако надземные хранилища гарантируют более надежную защиту от попадания радиоактивных изотопов в грунтовые воды.
Раздельный сбор отходов. Существует мировой многолетний опыт по обращению с отходами. Все европейские страны (в т.ч. страны бывшего СССР), США, Япония и многие другие давно уже ввели систему раздельного сбора мусора в общую систему обращения с отходами. Их опыт показал, что для того, чтобы система по обращению с отходами была эффективна, ее составными элементами должны быть раздельный сбор мусора и его переработка на вторичное сырье.
Раздельный сбор позволяет выделить из общей массы отходов так называемые “полезные фракции” ? материалы, которые могут быть переработаны и использованы повторно. Наиболее распространенными видами перерабатываемых вторресурсов являются различные виды пластика, стекло, бумага и картон, жесть и алюминий: эти фракции могут составлять до 50% общего объема бытовых отходов.
Таким образом, извлечение вторичных ресурсов из отходов в результате раздельного сбора, с одной стороны — существенно сокращает объем мусора, вывозимого на мусорные полигоны и свалки.
С другой стороны, изготовление новой продукции из этого вторичного сырья позволяет снизить уровень потребления природных ресурсов, в т.ч. и невозобновляемых, и уменьшить загрязнение окружающей среды.
В настоящее время повсеместно распространено мнение о том, что в России нет переработки, и все разговоры о раздельном сборе — это всего лишь теоретические рассуждения о вопросах, практическая реализация которых пока невозможна.
Однако во всех регионах России работает множество компаний, занимающихся сбором различных вторичных ресурсов и их переработкой, которые производят из утилизированных отходов полуфабрикаты или новые вещи. Для поиска таких компаний можно воспользоваться отраслевыми СМИ[3] или обратиться к крупнейшим игрокам местного рынка — обычно они занимаются заготовкой хотя бы одного вида вторсырья.
На сегодняшний день доступны услуги по вторичной переработке следующих видов отходов:
-металлолома;
-макулатуры: картона, бумаги, архивов, книг без обложки, тетрадей, блокнотов, конвертов, газет и др.;
-ластиковых отходов: полиэтиленовой пленки, стретч-пленки, ПЭТ-бутылок;
-отходов стекла;
-ртутных ламп;
-автомобильных аккумуляторов; и др.
Это позволяет говорить о вполне конкретных возможностях реализации программ по налаживанию раздельного сбора мусора.
Заготавливая различные типы отходов как вторичные ресурсы, эти компании заинтересованы в увеличении потока “нужных” им фракций и поэтому ищут сотрудничества. Это сотрудничество может быть как единоразовым, так и долгосрочным.
В первом случае учреждение может провести акцию по сбору отдельных видов отходов (макулатура, пластиковые бутылки и т. д.); во втором — организовать раздельный сбор отходов на постоянной основе.
Управление современным производством.
Чтобы предприятие производило то, что нужно, в необходимом количестве за короткое время с высоким качеством при минимальных расходах и приносило максимальный доход необходимо качественное управление предприятием. Современное производство отличается высокой гибкостью и клиентоориентированностью, быстрым реагированием к изменению на рынке, постоянным выпуском новой продукции, диверсификацией производства, усилением конкурентных преимуществ, повышением качества, производительности, всесторонним улучшением оборудования, персонала и многими другими процессами. Управление современным производством заключается в выстраивании системы, учитывающей множество факторов и различных параметров современного производства, точно координирующей каждого сотрудника и приводящей к максимальной прибыли предприятия.
Система управления производством это совокупность элементов (отделы, специалисты, информация, взаимоотношения и т.д.), которые взаимосвязаны между собой. Координированные действия этих элементов приводят к достижению цели.
Могут быть организованы различные системы управления, каждая из которых подходит определенным предприятиям, в зависимости от размеров компании, вида деятельности и т.д.
1. Линейная система управления производством. У каждого коллектива свой руководитель, который в свою очередь подчиняется вышестоящему руководителю. Простая система для небольших компаний.
2. Функциональная система управления производством.
3. Линейно-функциональная система управления производством.
4. Линейно-штабная система управления производством.
5. Дивизионная система управления производством.
6. Матричная система управления производством.
Точное определение управления производством звучит следующим образом. Управление производством — это планомерное, целенаправленное и непрерывное воздействие на производственные коллективы и отдельных исполнителей на предприятии, с целью координации их совместных действий в общем процессе создания материальных благ.
Коллективы — это группы людей, объединенных одной целью. В отличие от просто группы людей, где у каждого человека своя цель, поэтому группа людей это не коллектив.
Управление производством по большей части заключается в: планировании, организации работы, координации действий, нормировании, мотивации коллективов, контроле исполнения действий, автоматизации рабочих мест специалистов, внедрении передовых научно-технических решений и открытий, организации бережливого производства и многих других действиях.
Любой коллектив на производстве решает свои задачи, но цель у всех коллективов одна — это производство продукции в нужном количестве за определенный промежуток времени с минимальными расходами.
Управление людьми есть менеджмент. Управление компанией занимается коллектив руководителей, который также можно назвать менеджментом.
Основные принципы управления производством: разделение труда, наличие определенных правил, иерархия управления производством, сотрудники соответствуют квалификационным и техническим требованиям к своей должности.
Предприятие состоит из подразделений – цеха, участки и т.д., все они выполняют определенные функции, и в зависимости от этого могут относиться к основному производству, вспомогательному и т.д.
Предприятие содержит:
— основное производство – цеха с оборудованием по производству продукции;
— вспомогательное производство – цеха, обеспечивающие работу основного производства, обеспечением инструментом, ремонтом и т.д.;
— обслуживающее производство – оказывает основному и вспомогательному производствам различные услуги, транспортировка, хранение, контроль и т.д.;
— подготовка производства – технологическая подготовка производства и т.д.;
подсобное производство – переработка отходов и т.д.
Для управления данными производствами предприятия созданы следующие подразделения:
— Отдел главного механика, отдел главного энергетика и т.д. — управление основным производством.
— Технологический отдел (бюро), конструкторский отдел и т.д. – подготовка производства.
— Отдел капитального строительства, отдел транспорта и т.д.
— Отдел кадров, отдел труда и заработной платы и т.д.
— Лаборатории, научный отдел и т.д.
Практическая работа №3,4
Работа в группе. Создайте проект раздельного сбора мусора в нашем учебном учреждении