2.4.5. Принцип оптимального варіанту
Цим принципом передбачено сполучення послідовності технологічних операцій, їх фізичних та біохімічних закономірностей, технологічних режимів, конструктивних параметрів машин та апаратів, основних законів керування, управління та економіки, кон'юнктури ринку, спрямованих на зниження затрат виробництва та одержання найбільшого прибутку.
Конкретно цей принцип при проектуванні виражається у виборі такої послідовності технологічних операцій, режимів, типів машин, сполучуючих трубопроводів та інших комунікацій, засобів механізації та автоматизації, яка б забезпечила досягнення заданих технологічних вимог при мінімальних затратах на виробництво.
Поняття оптимального варіанту розміщення устаткування включає:
■ мінімальну протяжність комунікацій;
■ використання природних напорів для транспортування рідин та сипких матеріалів;
■ централізоване розміщення устаткування для використання однотипних процесів (операцій);
■ додержання заданої почерговості виконання технологічних операції та правил безпеки праці.
Принцип оптимального варіанту передбачає визначення продуктивності технологічних ліній, відповідність продуктивностей окремих типів устаткування продуктивності технологічної лінії, безперервність або періодичність роботи окремих дільниць (устаткування). При визначенні періодичності або безперервності роботи лінії зрівнюють економічні показники обох методів, зокрема, за собівартістю продукції. Графіки, які відображають залежність собівартості продукції від постійних та змінних витрат, показано на рис. 2.3.
76
Рис. 2.3. Залежність витрат від продуктивності апарату:
а — при періодичному процесі; б — при безперервному
Постійні витрати (амортизаційні відчислення, експлуатаційні, заробітна платня (лінія 1) від продуктивності не залежать. Для безперервних процесів вони більші ніж для періодичних.
Змінні витрати (електроенергія, пара, вода) пропорційні продуктивності (пряма лінія 2). Для періодичних процесів, де частіше виконуються пуск, зупинення, періоди прогріву, охолодження, вони вищі. Витрати на сировину (пряма 3) пропорційні продуктивності та однакові для обох процесів. Загальні витрати на виробництво продукту (пряма 4) уявляють суму постійних та змінних витрат та собівартості сировини. Відпускна ціна (лінія 5) однакова для періодичного та безперервного процесів.
З графіку неважко встановити, що потужність, при якій процес має бути збитковим, для агрегату періодичної дії менший, чим для агрегату неперервної дії. Таким чином, іноді вигідним може бути періодичний процес.
Сучасні методи оптимізації дозволяють знаходити оптимальні рішення тільки для одного критерію; якщо об'єкт оптимізації необхідно оцінити декількома критеріями; то звичайно вибирають компромісний варіант. В деяких випадках можлива формалізація вибору компромісного варіанту за допомогою методів кваліметрії. Одним із методів, який визначає та формалізує співвідношення між різними критеріями, є рішення по Парето. Рішення Парето вважають оптимальним, якщо значення будь-якого критерію можливо покращити тільки за рахунок погіршення значень останніх критеріїв. Методи оптимізації по Парето визначають правила вибору за формальними ознаками переваги одних критеріїв над іншими.
77
Найбільш простим засобом знаходження оптимального (найкращого в якому-небудь розумінні) рішення є перебір всіх можливих варіантів з наступним їх порівнянням. Цей метод використовують при обмеженому числі варіантів або при прівнянно нескладних обчислювальних процедурах. Практично цей метод нереальний, оскільки нескінчене число припустимих варіантів рішень неможливо перебрати за обмежений період часу. При виборі найкращих рішень часто використовують інтуїтивні методи, засновані на досвіді та інтуїції фахівців, але ці рішення не гарантують оптимального варіанту та доступні тільки обмеженній кількості фахівців.
В основу всіх математичних методів пошуку оптимальних рішень покладено принцип перебору якоїсь малої частки варіантів, визначеної шляхом логічної процедури аналізу початкової задачі. Наприклад, в основу так іваних градієнтних методів пошуку оптимальних рішень покладено принцип: замість експериментального проведення всіх можливих варіантів технологічного процесу обмежуються виконанням невеликої частки дослідів по напрямку градієнта, яка приведе до оптимального рішення. При наявності математичного опису процесу експериментальні досліди замінюють аналітичними, тобто обчисленнями,
Незважаючи на загальний принцип скорочення числа обмежень aбo вимірів при оптимізації, її методи дуже відрізняються і визначаються в основному формою математичного опису. При цьому початковий математичний рпис необхідно змінити так, щоб можна було застосувати один із відомих методів оптимізації, тобто привести задачу до однієї з канонічних форм пошуку оптимальним рішень. Знаходження оптимальних рішень іноді в технології afo в економіці формують як задачу оптимального управлінню, під якою розуміється сукупність рішень, які приймаються іде кожному технологічному егапі (стадії) виробництва для досягнення найкращих результатів.
Процес називають ксрусмнм, коли є можливість впливати якимось, чином на хід цього процесу. Цей вплив на нижніх рівнях звичайнр здійснюється зміною величин фізичних параметрів. В економічних процесах керування зартючається в розподілі та перерозподілі коштів та матеріалів на кожній стадії виробництва. Наприклад, випуск готової продукції підприємством — керуємий процес, оскільки він визначається зміною об'єму фінансування, суб'єктом постачання та якістю сировини, складом та станом устаткування і т.п. В зв'язку з л,им вся сукупність рішень по
78
забезпеченню виробництва сировиною, розмірами фінансування, зміною устаткування називається управлінням. Зокрема треба передбачити зміну та ремонт устаткування в зв'язку з його зносом за періодами часу, зміну асортименту в зв'язку зі змінами кон'юктури ринку, якістю та складом сировини, тощо.
Таким чином економічне управління є поетапний або багато-кроковий процес. Основною економічного управління частіше всього вважають одержання максимального прибудку. Це складна в математичному плані задача розв'язується методами оптимізації.
При проектуванні та експлуатації технологічних процесів математичні методи оптимізації широко використовується для розв'язання задач по вибору оптимальної рецептури продукту, оптимального асортименту, оптимального використання та зміни устаткування, оптимальної потужності приймальних та відпускних пристроїв та багато інших.
З усіх математичних методів оптимізації найбільше використовуються методи лінійного та динамічного програмування. Задача лінійного програмування в найбільш загальному вигляді
формулюється так.
Треба знайти максимум або мінімум лінійної функції змінних
- задані сталі коефіцієнти.
Обмеження на змінні при виборі їх оптимальних значень включають рівності та нерівності
79
В задачах лінійного програмування сталі в обмеженнях можуть бути додатніми або від'ємними, а серед них можуть бути і рівними нулю. Змінні xj є невід'ємними. Якщо будь-яке значення bі від'ємне, то достатньо помножити відповідні співвідношення на -1, щоб зобразити їх у вигляді, де права частина є додатною величиною. Якщо = 0 в одному із початкових співвідношень, то тоді в рівняння обмежень вводять додаткову змінну, або . Значення додатної величини bі в цьому
випадку вибирають довільно. В такому разі змінну вводять у вираз для функції оптимізації з нульовим коефіцієнтом = 0.
Лінійну функцію (2,1) називають лінійною формою задачі, а множину наборів чисел, ..., , які задовольняють умови (2,2, 2,5) — областю визначення її лінійної форми. Систему рівнянь та нерівностей (2,2, 2,5), яка породжує область визначення задачі, називають системою умов задачі.
При розв'язанні задач вибору оптимальної рецептури коефіцієнти визначають вартість компоненту, а змінні , — їх кількість, коефіцієнти — кількість речовини i в j-му компоненті, а, — обмеження по вводу і-го компоненту в рецептуру. При розв'язанні задач вибору оптимального асортименту мінімальних транспортних комунікацій та використання устаткування, фізичний та економічний зміст цих коефіцієнтів (сталих) змінюється, а метод розв'язання зводиться до стандартної програми на ЕОМ при умові, що технологічна задача буде доведена до канонічної математичної форми.
80
- Системи технологій (за видами діяльності)
- Розділ 1. Промисловість України
- 1.1. Загальна характеристика промисловості
- 1.2. Одиниці виміру фізичних величин, фізичні властивості матеріалів і робочих агентів
- 1.3. Властивості сировини, кінцевих продуктів і робочих агентів
- Розділ 2. Теоретичні засади технології
- 2.1. Основні технологічні поняття та визначення
- 2.2. Класифікація технологічних процесів та апаратів технології
- 2.3. Фізико-хімічні та біохімічні закономірності в технології
- 2.3.7. Закони зберігання маси та енергії в умовах рівноваги систем
- 2.3.2. Кінетика технологічних процесів
- 2.4. Технологічні закономірності технології
- 2.4.1. Використання законів фундаментальних наук
- 2.4.2. Принципи ресурса- ma енергозбереження в технології
- 2.4.3. Принцип інтенсифікації процесів
- 2.4.4. Принцип найкращого використання устаткування
- 2.4.5. Принцип оптимального варіанту
- Контрольні запитання до 2-ї глави
- Розділ 3. Технологічна лінія як система
- 3.1. Загальні уявлення про систему
- 3.2. Технологічна система
- 3.3. Система керування підприємством
- 3.3.1. Визначення системи керування
- 3.3.2. Виявлення і аналіз проблем та суперечностей
- 3.3.3. Структура управління
- 3.4. Моделювання систем керування (управління)
- 3.4.1. Загальна постановка завдань моделювання
- 3.4.2. Складання моделі для визначення собівартості продукції
- 3.5. Технічниий рівнь об'єктів технології
- 3.5.1. Показники якості технологічних процесів
- 3.5.2. Номенклатура показників якості технічних об'єктів
- 3.5.3. Методи визначення показників якості технічної продукції
- 3.5.4. Економічна оцінка технічного рівня
- 9. Економічна оцінка технічного рівня.
- Розділ 4. Основні процеси, машини та апарати будь-якої технології
- 4.1. Класифікація процесів та апаратів в технології
- 4.2. Механічні процеси
- 4.2.1. Подрібнення
- 4.2.2. Класифікація подрібнювачів
- 4.3. Перемішування
- 4.4. Гідродинамічні процеси
- 4.4.1. Класифікація і характеристика неоднорідних систем
- 4.4.2. Осідання в гравітаційному полі
- 4.4.3. Фільтрування
- 4.4.4 Відцентрові методи розподілу неоднорідних систем
- 4.5. Теплові процеси
- 4.5.7. Теплопередача
- 4.5.2. Тепловіддача при зміні агрегатного стану речовини
- 4.5.3. Конструкції теплообмінників
- 4.5.4. Випарювання
- 4.4.5 Конденсація
- 4.6. Масообмінні процеси
- 4.6.1. Класифікація масообмінних процесів
- 4.6.2. Масопередача
- Загальні відомості
- Матеріальний баланс повітряної сушарки
- 4.6.4 Кристалізація
- 4.6.5. Перегонка і ректифікація
- 4.6.6. Сорбція
- 4.6.7. Екстрагування
- 4.7. Штучне охолодження
- 4.8. Хімічні та біохімічні перетворення
- 4.8.1. Хімічна кінетика
- 4.8.2. Кінетика мікробіологічних процесів
- Контрольні запитання до 4-го розділу
- Розділ 5. Металургійний комплекс
- 5.1. Загальна характеристика металургійного комплексу
- 5.2. Технологія чавуну
- 5.3. Характеристика, хімічний склад і класифікація чавуну
- 5.4. Виробництво сталі
- 5.4.1. Класифікація сталі та її технологія
- Електричні печі
- 5.4.2. Безчавунне виробництво сталі
- 5.4.3. Рафінування та розливання сталі
- 5.4.4. Виготовлення виробів тиском
- 5.5. Технологія кольорових металів
- 5.5.1. Класифікація кольорових металів
- 5.5.2. Технологія міді
- 5.5.3. Технологія алюмінію
- 5.6. Технологія магнію і титану
- 5.25. Схема електролізера
- 5.7. Корозія та антикорозійні заходи
- 5.7.1. Причини виненкнення корозії
- 5.7.2. Захист металів від корозії
- Контрольні запитання до 5 розділу
- Розділ 6. Паливно-енергетичний комплекс
- 6.1. Загальна характеристика паливно-енергетичного комплексу
- 6.2. Паливо
- 6.3. Характеристика підприємств для вироблення електроенергії
- 6.4. Технологічна схема вироблення електроенергії
- 6.5. Паротурбінні (теплові) електростанції
- 6.6. Електрогенератори
- 6.7. Атомні електростанції
- 6.8. Гідроелектростанції
- 6.9. Електричні мережі
- Контрольні запитання до 6-го розділу.
- Розділ 7. Будівельні матеріальні
- 7.2. Гіпсові в'яжучі матеріали
- 7.2.1. Виробництво гіпсових в'яжучих при низькотемпературному випалюванні
- 7.3. Повітряне вапно
- 7.3.1. Вапно-випалювальні печі
- 7.3.2. Фізико-хімічні основи процесу гасіння вапна
- 7.3.3. Мелене негашене вапно
- 7.3.4. Тверднення вапняного розчину
- 7.3.5. Властивості і застосування вапна
- 7.4. Технологія цементу
- 7.4.1. Сировина для цементу
- 7.4.2. Технологічна схема виробництва цементу
- 7.5. Цегла та черепиця
- 7.5.1. Сировина для виробництва цегли та черепиці
- 7.5.2. Формування цегли, та глиняно/черепиці
- 7.6. Керамічні вироби
- 7.6.1. Класифікація керамічних виробів
- 7.6.2. Керамічна плитка
- 7.7. Переробка деревини
- 7.8. Вироблеництво скла
- Контрольні запитання до 7-го розділу
- 5. Технологія цементу.
- 7. Виробництво скла.
- Розділ 8. Машинобудівний комплекс
- 8.1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу
- 8.2. Конструкційні матеріали в машинобудуванні
- 8.3. Антифрикційні сплави
- 8.4. Матеріали на основі порошкової металургії
- 8.5. Композиційні матеріали
- 8.6. Мастильні матеріали та допоміжні матеріали
- 8.7. Антифрикційний чавун і його властивості
- Контрольні запитання до 8 розділу
- 1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу.
- Розділ 9. Легка промисловість
- 9.1. Загальна характеристика легкої промисловості
- 9.2. Текстильна промисловість
- 9.3. Шкіряна і взуттєва промисловість
- 9.4. Швейна промисловість
- 9.5. Виробництво хімічних волокон
- 9.6. Виробництво паперу
- 9.6.1. Виробництво паперу та сировина для його виготовлення
- 9.6.2. Технологій виготовлення паперової маси
- 9.6.3. Виготовлення паперу
- Контрольні запитання до 9-го розділу
- 1. Загальна характеристика легкої промисловості.
- 13. Виготовлення паперу.
- Розділ 10. Хімічна промисловість
- 10.1. Загальна характеристика хімічної промисловості
- 10.2. Виробництво пластичних мас
- 10.2.1. Будова та структура пластичних мас
- 10.2.2. Пластмаси на основі продуктів ланцюгової полімеризації
- 10.2.3. Пластмаси на основі продуктів поліконденсації і ступеневої полімеризації
- 10.2.4. Пластмаси на основі природних полімерів
- 10.2.5. Переробка полімерів у вироби
- 10.3. Гума і гумові технічні вироби
- 10.4. Виробництво добрив
- 10.5. Виробництво миючих засобів
- 10.5.1. Миючі засоби
- 10.5.2. Сполуки і властивості миючих засобів
- 10.5.3. Класифікація миючих засобів
- 10.6. Процеси переробки нафти та нафтопродуктів
- 10.6.1. Фракційна переробка нафти
- 10.6.2. Фракційна переробка нафти
- 10.6.3. Високотемпературна переробка нафти
- 10.6.4. Коксування кам'яного вугілля
- 10.7. Виробництво кислот та лугів
- 10.8. Виробництво сірчаної кислоти
- 10.9. Виробництво хлору, водню та їдкого натру
- 10.10. Виробництво пеніциліну
- 10.11. Виготовлення лаку
- Контрольні запитання до 10 розділу
- Розділ 11. Загальна характеристика харчових виробництв
- 11.1. Харчування та харчові продукти
- 11.2. Сировина та асортимент харчових продуктів
- 11.3. Класифікація харчових виробництв
- Контрольні запитання до 11-го розділу
- Розділ 12. Технологія олії
- 12.1. Сировина для виготовлення олії і асортимент готової продукції
- 12.2. Технологічна схема виробництва олії
- 12.3. Екстрагування макухи
- 12.5. Гідрогенізація жирів
- 12.6. Технологія маргарину
- Контрольні запитання до 12-го розділу
- Розділ 13. Технологія кондитерських виробів
- 13.1. Сировина та асортимент кондитерських виробів
- 13.2. Технологія карамелі
- 13.3. Технології шоколаду
- 13.4. Технологія цукерок
- 13.5. Технологія мармеладу та пастили
- 13.6. Технологія мучних кондитерських виробів
- Контрольні запитання до 13-ї глави
- Розділ 14. Технологія молочних виробів
- 14.1. Склад та властивості молока
- 14.2. Технологія переробки молока
- 14.3. Виробництво морозива
- 14.4. Технологія сиру
- 14.4.1. Класифікація сирів
- 14.4.2. Технологія твердих сичужних сирів
- 14.5. Виробництво кисломолочного сиру (творогу)
- 14.6. Виробництво вершкового масла
- 6 Проміжний банк, 8 — сепаратор для одержання високожирних
- Контрольні запитання до 14 глави:
- Розділ 15. Технологія м'ясних виробів
- 15.1. Сировина для виробництва м'ясних виробів та асортимент продукції
- 15.2. Технологічна лінія виробництва ковбаси
- 15.3. Технологія сирокопчених ковбас
- Контрольні запитання до 15 розділу
- Розділ 16. Переробка, плодоовочевої сировини
- 16.1. Асортимент продукції при переробці овочів та плодів
- 16.2.Технологічна схема консервування, основні операції та устаткування
- 16.3. Технологічна лінія "Комплекс" для виробництва зеленого горошку
- 16.4. Контроль виробництва консервів
- 16.5. Квашення плодів і ягід
- Контрольні запитання до 16-го розділу.
- Розділ 17. Зберігання та переробка зерна
- 17.1. Загальні відомості про зерно та продукти його переробки
- 17.2. Технологічна лінія та устаткування для зберігання зерна
- 17.3. Сушіння та активне вентилювання зерна
- 17.4. Контроль та керування процесом зберігання зерна
- Контрольні запитання до 17 розділу
- Розділ 18. Технологія борошна
- 18.1. Сировина та асортимент продукції
- Контрольні запитання до 18—їглави
- Розділ 19. Технологія крупів
- 19.1. Асортимент крупів та сировина для їх виробництва
- 19.2. Хімічний склад крупів та норми виходу продукції
- 19.3. Підготовка зерна для переробки в крупи
- 19.4. Загальні принципи переробки зерна в крупи
- Контрольні запитання до 19-го розділу
- Розділ 20. Технологія хліба і макаронів
- 20.1. Сировина для виготовлення хліба і макаронів та асортимент продукції
- 20.2. Основні технологічні операції виробництва хліба
- 20.3. Технологічна схема виробництва хліба та основне устаткування
- 20.4. Контроль та керування технологічним процесом хлібопекарського виробництва
- 20.5. Технологічна схема виробництва макаронів
- 20.6. Пакування та зберігання макаронних виробів
- 20.7. Контроль та управління макаронним виробництвом
- Контрольні запитання до 20 розділу
- Розділ 21. Виробництво етилового спирту
- 21.1. Загальна характеристика бродильних виробництв
- 21.2. Сировина для виробництва спирту, показники якості сировини і готової продукції
- 21.3. Виробництво етилового спирту з крохмалевмісної сировини
- 21.4. Розварювання сировини
- 21.5. Зброджування оцукреної маси
- 21.6. Вилучення спирту
- 21.7. Особливості виробництва спирту із меляси
- 21.8. Контроль та управління технологічним процесом
- Контрольні запитання до 21-го розділу
- Розділ 22. Виробництво пива та безалкогольних напоїв
- 22.1. Сировина для виробництва пива, показники якості сировини і готової продукції
- 22.2. Технологічна схема виробництва пива
- 5__Змішувач для одержанні суспензії; 6— фільтр;
- 22.3. Виробництво безалкогольних напоїв
- Контрольні запитання до 22-го розділу
- Розділ 23. Виробництво вина
- 23.1. Сировина для виробництва вин
- 23.2. Технологічний процес виробництва виноградних вин
- 23.3. Особливості виробництва ігристих вин
- 23.4. Особливості виробництва кон'яку
- 23.5. Лінії первинного та вторинного виноробства
- Контрольні запитання до 23-го розділу
- Розділ 24. Технологія цукру
- 24.1. Сировина для виробництва цукру
- 24.2. Технологічна схема цукробурякового заводу
- 24.3. Контроль та керування технологічним процесом бурякоцукрового виробництва
- Контрольні запитання до 24-го розділу
- Розділ 25. Виробництво крохмалю і крохмальної патоки
- 25.1. Сировина для виробництва крохмалю, показники якості сировини і готової продукції
- 25.2. Технологічна схема виробництва крохмалю
- 25.3. Технологічна схема виробництва крохмальної патоки
- 25.4. Контроль і керування технологічним процесом виробництва патоки
- Розділ 26. Викиди в довкілля
- 26.1. Утворення шкідливих викидів на підприємствах та в побуті
- 26.2. Води в промисловості
- 26.5. Очищення газових (повітряних) викидів
- 26.6. Знешкодження твердих побутових відходів
- 26.6.1. Проблеми тпв в Україні
- 26.6.2. Варіанти утилізації тпв
- Контрольні запитання до 26-го розділу