Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса обеспечения качества пищевых производств 16
1.1. Современные методы обеспечения качества и безопасности пищевых производств 16
1.2. Формирование качества пищевых продуктов в процессе производства 29
1.2.1. Влияние технологического оборудования на качество продукции 31
1.2.2. Проблемы оценки качества технологий 39
1.2.3. Современные методы количественной оценки качества реализации технологических процессов 45
1.3. Технологические системы пищевых производств 56
1.3.1. Показатели качества технологических систем 57
1.3.2. Способы формализации и моделирования безопасности технологических систем 66
1.4. Выводы и задачи исследований 74
2. Методологические основы системной инженерии безопасности процессов и технологических систем 79
2.1. Системный подход к исследованию безопасности технологи ческих систем пищевых производств 79
2.2. Построение и исследование модели "дерево событий" 91
2.2.1. Принципы построения модели "дерево событий" 92
2.2.2. Качественный и количественный анализ модели "дерево событий" 96
2.2.3. Оценивание безопасности технологических систем при нечетко определенных исходных данных 103
2.3. Анализ безопасности технологических систем и технологических процессов по параметрам качества выпускаемой продукции 108
2.4. Надежность технологического оборудования и методика ее оценивания 116
2.5. Совершенствование безопасности процессов и технологических систем 126
2.6. Выводы 133
3. Оценка состояния и направления совершенство вания безопасности технологических процессов и систем пищевых производств по параметрам качества продукции 137
3.1. Анализ безопасности процессов и технологической системы производства нарезных батонов 140
3.1.1. Системный анализ процесса 140
3.1.2. Оценка надежности технологического оборудования линии по производству нарезных батонов 157
3.1.3. Анализ и оценка безопасности процессов и технологической системы производства нарезных батонов по парамет- 167 рам качества выпускаемой продукции
3.1.4. Направления совершенствования технологической системы производства нарезных батонов 187
3.2. Системный анализ производства макаронных изделий 193
3.2.1. Оценка целостности технологической системы производства макаронных изделий 195
3.2.2.Статистический контроль процесса формования мака ронных изделий 207
3.2.3. Надежность технологического оборудования линии по производству макаронных изделий 220
3.2.4. Совершенствование подсистемы формования макаронных изделий 224
3.2.5. Оценка риска ухудшения качества макаронных изделий в результате отклонения параметров процесса формования... 247
3.3. Анализ безопасности процесса темперирования шоколадной массы 263
3.3.1. Влияние качества выполнения процесса темперирования шоколадной массы на качество готового продукта 264
3.3.2. Прогнозирование и оценка риска нарушений режимных параметров процесса темперирования шоколадной массы 274
3.4. Выводы 284
4. Обеспечение промышленной безопасности производств (на примере объектов мукомольной отрасли) 289
4.1. Методы обеспечения промышленной безопасности производств на основе анализа риска 292
4.2. Анализ причин аварий на объектах мукомольной промышленности 307
4.3. Надежность технологического оборудования мукомольной отрасли промышленности 324
4.3.1. Эксплуатационные причины нарушения исправности мукомольного оборудования 325
4.3.2. Оценка надежности технологического оборудования опытно-экспериментальной мельницы ВНИИЗ 331
4.4. Анализ риска возникновения взрывопожароопасных ситуаций
на предприятиях мукомольной отрасли 347
4.4.1. Определение вероятности возникновения исходных инцидентов и головного события 350
4.4.2. Оценивание риска возникновения взрывопожароопасных ситуаций при проведении технологических процессов 356
4.5. Оценивание вероятности аварий при возникновении взры
вопожароопасных ситуаций 371
4.6. Выводы 379
5. Практическое приложение результатов исследований 382
5.1. Методика оценивания и прогнозирования качества проведения технологических процессов 382
5.2. Методика оценивания безопасности технологических систем
по параметрам качества выпускаемой продукции 3 84
5.3. Методика оценивания риска возникновения взрывопожароопасных ситуаций 387
5.4. Методика оценивания риска возникновения аварий 389
5.5. Капиллярный вискозиметр для измерения реологических
характеристик пищевых масс в потоке 391
Заключение 395
Список использованной литературы
- Влияние технологического оборудования на качество продукции
- Оценивание безопасности технологических систем при нечетко определенных исходных данных
- Оценка надежности технологического оборудования линии по производству нарезных батонов
- Надежность технологического оборудования мукомольной отрасли промышленности
Введение к работе
Уровень жизни населения во многом зависит от состояния и развития агропромышленного комплекса. Потребительский рынок более чем на 70 % формируется за счет продовольствия и товаров, изготовленных из сельскохозяйственного сырья. Пищевые отрасли - одно из главных звеньев в структуре АПК - должны обеспечивать устойчивое снабжение населения необходимым, высококачественным продовольствием.
В Концепции национальной политики России в области качества продукции и услуг отмечается, что качество продукции является одним из важнейших факторов реализации национальных интересов государства в экономической, социальной, военной, международной, информационной и экологической сферах деятельности [16, 29,18 ].
Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности страны. В соответствующей научной литературе и в официальных документах международных организаций, к сожалению, пока не сложилось единого понимания содержания продовольственной безопасности, позволяющего вычленить эту проблему из широкого круга вопросов, связанных с продовольствием. Однако, в последние годы появляются работы, в которых понятие продовольственной безопасности характеризуется, как социально-экономическая и производственная категория, и выделяется из проблемы чрезвычайного продовольственного положения, связанного со стихийными бедствиями, войнами, эпидемиями и другими чрезвычайными ситуациями [78, 207, 223]. В этой трактовке продовольственная безопасность подразумевает соблюдение одного из важнейших прав человека -права на поддержание своего существования за счет высококачественного и безопасного питания.
Проблема продовольственной безопасности - системная задача иерархического типа.
Качество пищевых продуктов напрямую зависит от качества технологических систем пищевых производств, позволяющих реализовывать используемую технологию и гарантировать качество технологических процессов. Применяемые технология и технологическая система должны не только обеспечивать экономическую эффективность, но и гарантировать качество продукции, которое является одним из важнейших, объективных критериев эффективности функционирования системы. Одним из важнейших свойств, характеризующих качество технологических систем, является их способность к адаптации при возникновении опасных нерегламентиро-ванных ситуаций в процессе функционирования. Это свойство обусловлено совершенством структуры системы, связей между ее элементами и качеством самих элементов. Система должна противостоять опасным нарушениям, способным повлечь за собой ухудшение качества выпускаемой продукции. Приоритетным является оборудование с системами объективного приборного контроля свойств перерабатываемого сырья и полуфабрикатов, позволяющими, на основе полученных данных, корректировать режимы обработки и обеспечивать высокое качество готового продукта. Создание принципиально новых и коренное совершенствование известных технологий, оборудования, а также приборов для анализа и контроля производства возможно только на основе изучения процессов, происходящих в пищевых средах при обработке.
В нашей работе продовольственная безопасность рассматривается как производственная и социальная категория состояния пищевой индустрии, характеризующаяся способностью технологических систем пищевых производств обеспечивать высокое качество выпускаемой продукции.
Второе важное направление, отражающее качество технологических систем и регламентируемое Федеральным законодательством - их промышленная и экологическая безопасность [208, 17]. Принятие Федерального закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" закрепило правовые основы обеспечения безопасности личности, общества и государства. К числу опасных производственных объектов в пищевой промышленности относят: мукомольные, крупяные, комбикормовые производства, элеваторы, склады и оборудование для хранения и подготовки сырья в хлебопекарной, макаронной, пивоваренной, масложировой отраслях [157].
Безопасность производств достигается решением ряда сложных задач, связанных с безопасностью применяемого оборудования. Важнейшими из них являются: обеспечение требований безопасности на стадии проектно-конструкторских работ, качественное изготовление и монтаж оборудования, разработка и строгое соблюдение правил его эксплуатации и технического обслуживания, создание надёжных автоматических систем диагностики и защиты от аварий. Одной из основных составляющих комплекса мер по обеспечению безопасной эксплуатации опасных производственных объектов является экспертиза промышленной безопасности.
Важная стратегическая задача в области промышленной безопасности - формирование и внедрение эффективных систем управления промышленной безопасностью в организациях, эксплуатирующих производственные объекты. Условием решения этой задачи является развитие следующих направлений:
развитие теории риска аварий на опасных производственных объектах, разработка методологии и механизмов управления рисками;
формирование нормативно-правовой базы и методических документов по разработке и внедрению систем управления промышленной безопасностью.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что технологические системы пищевых производств должны обеспечивать качество выпускаемой продукции (продовольственная безопасность) и удовлетворять требованиям промышленной и экологической безопасности, быть безопасными для обслуживающего персонала. Таким образом, проблема оценивания качества технологических систем по указанным аспектам, безусловно, является актуальной.
Проводимые в нашей стране исследования по проблемам производственной безопасности страдают из-за отсутствия единой, скоординированной методологии. Использование разных методик и критериев ведет к неоптимальным решениям и большим экономическим издержкам [106]. Необходимо выбрать критерии, разработать методологию и методы » позволяющие оценить степень соответствия технологических систем предъявляемым требованиям. Приоритет при этом должен быть отдан количественным показателям, которые дают более точную, объективную оценку систем по сравнению с качественными показателями. Кроме того, количественные показатели позволят провести сравнение различных технологических систем одного и того же функционального назначения и оценку эффективности управляющих воздействий и способов повышения качества систем.
Наличие теории, методологических разработок, созданных на их основе инженерных методов позволит разработать меры по обеспечению безопасности технологических систем в различных ее аспектах еще на этапе их проектирования.
Объектом исследования данной работы являются технологические системы пищевых производств.
Концепция работы.
В основу научного решения проблемы создания прогрессивных процессов и технологических систем пищевых производств положен единый
методологический подход, предполагающий системный анализ и синтез структуры систем по параметру риска возникновения опасности.
Цель работы
Повышение эффективности и безопасности процессов и технологических систем пищевых производств на основе минимизации риска снижения показателей функционирования систем при воздействии нерегламенти-рованных факторов.
Научная новизна работы
Теоретически и экспериментально обоснована концепция оптимизации структуры технологических систем и процессов по условию минимизации риска получения некачественной продукции и риска возникновения опасных ситуаций (промышленная безопасность), базирующаяся на: общей теории систем; теориях надежности, вероятностей; математической статистике; математическом моделировании; квалиметрии.
Предложена методология создания рациональных технологических систем, основанная на принципах иерархичности и декомпозиции при построении причинно следственных связей между исходными событиями-предпосылками и не допустимыми головными событиями.
Разработано методологическое обеспечение, включающее теоретическую базу и инженерные методы анализа и расчета безопасности технологических систем на основе анализа риска. В зависимости от рассматриваемого аспекта безопасности технологических систем показатель риска характеризует: риск выпуска некачественной продукции; риск возникновения взрыво-пожароопасной ситуации на потенциально опасном производстве; риск перерастания взрывопожароопасной ситуации в аварию. Методология обосновывает принятые методы исследования безопасности и имеет эмпирическую основу в виде совокупности исходных концептуальных постулатов и аксиом, проверенных путем эмпирических исследований.
Вскрыты закономерности возникновения недопустимых нарушений и разработаны количественные критерии оценки качества технологических систем и процессов, характеризующие их эффективность и безопасность. В качестве критериев предложено использовать вероятностные показатели : вероятность проведения технологического процесса в регламентированных условиях (вероятность нарушений технологического регламента при проведении технологического процесса); вероятность выпуска продукции низкого качества; экономический ущерб от выпуска некачественной продукции; вероятность возникновения взрывопожароопасных ситуаций при эксплуатации технологического оборудования, вероятность аварии. Введенные критерии позволяют учитывать структуру технологической системы, конструктивное исполнение технической части системы, технологию проведения процессов, используемые методы контроля и регулирования параметров процессов и работы оборудования.
Разработаны имитационные и математические модели возникновения нерегламентированных ситуаций при функционировании технологических систем, приводящих к выпуску некачественной продукции на примерах хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств.
Разработаны имитационные и математические модели возникновения предаварийных и аварийных ситуаций на объектах мукомольной промышленности, обусловленных нарушениями при эксплуатации технологического оборудования.
Вскрыты закономерности взаимосвязей негативных событий - предпосылок и недопустимых нарушений при функционировании систем и проведении процессов. В зависимости от способа получения исходных данных и формы их математического представления разработаны методики анализа и рационализации систем, в которых исходные данные и результирующее событие представлены в виде точечных вероятностных значений, в виде
функциональных зависимостей, в виде нечетких величин, заданных на интервале значений.
Изучено влияние надежности технологического оборудования на качество проведения технологических процессов на примерах производства нарезных батонов и производства макаронных изделий. Получены адекватные математические модели, характеризующие надежность технологического оборудования в период нормальной эксплуатации при отсутствии постепенных отказов. Получены математические модели, характеризующие надежность мукомольного оборудования.
Обоснована целесообразность и подтверждена эффективность организации контроля процесса формования макаронных изделий на основе измерения и регулирования реологических характеристик макаронного теста перед формующей матрицей. Получены динамическая модель макаронного пресса по каналу расход воды на замес- вязкость теста перед формующей матрицей, модель дискового дозатора воды.
Практическая значимость и реализация результатов работы
1. Разработана методика оценивания и прогнозирования качества проведения технологических процессов, которая используется при:
оценке эффективности схем контроля и регулирования процессов с позиций производства высококачественной продукции;
учете риска возможных нарушений параметров процессов при разработке технологий, технологических инструкций, схем технохимического контроля процессов;
оценивании и прогнозировании качества проведения технологических процессов, при разработке, создании и сертификации систем менеджмента качества предприятий.
Методика прошла апробацию на предприятиях хлебопекарной, макаронной и мясоперерабатывающей отраслей, в органах по сертификации систем качества, отраслевом НИИ.
2. Разработана методика оценивания безопасности технологических
систем по параметрам качества выпускаемой продукции. Методика исполь
зуется при:
- разработке планов технического обслуживания и ремонтов оборудо
вания с учетом оценки риска опасных нарушений при его работе для каче
ства выпускаемой продукции;
- сравнительной оценке при выборе вариантов технологических сис
тем аналогичного назначения с позиций их способности гарантировать вы
пуск высококачественной продукции;
оценке целесообразности использования технологических систем и затрат на их совершенствование по параметру риска выпуска некачественной продукции;
количественной оценке способности технологической системы гарантировать качество выпускаемой продукции и эффективности корректирующих и предупреждающих воздействий при разработке, создании и сертификации систем менеджмента качества предприятий пищевой промышленности;
оценке качества машин и оборудования для пищевой и перерабатывающей отраслей с целью принятия решений о внесении в Систему машин;
Данная методика прошла апробацию на предприятиях хлебопекарной, кондитерской и мукомольной отраслей промышленности, в отраслевом НИИ, в органах по сертификации систем качества.
3. Разработана методика оценивания риска возникновения взрывопо-
жароопасных ситуаций, которая используется при:
- экспертизе промышленной безопасности технических устройств;
выборе лимитирующих элементов потенциально опасного оборудования и их дополнительной проверке при испытаниях;
контроле процессов изготовления оборудования с учетом возможности опасных нарушений при его эксплуатации;
- систематизации исходной информации об инцидентах при функцио
нировании оборудования для объективной оценки состояния промышлен
ной безопасности объекта, разработки обоснованных планов ликвидации
аварий, обслуживания оборудования.
Методика прошла апробацию на машиностроительном предприятии, в центре экспертизы промышленной безопасности и в испытательном центре промышленной безопасности технических устройств.
4. Разработана методика оценивания риска возникновения аварий и
эффективности системы промышленной безопасности объекта.
Методика прошла апробацию в центре экспертизы промышленной безопасности.
Разработаны алгоритмы и программы расчета риска нарушений функционирования технологических систем и риска ухудшения качества выпускаемой продукции в результате этих нарушений.
Разработаны математические модели показателей эксплуатационной надежности оборудования для макаронной, хлебопекарной и мукомольной отраслей, необходимые для обоснования планов технического обслуживания и ремонта оборудования.
Создан прибор для непрерывного контроля реологических характеристик пищевых масс в потоке, оригинальность которого подтверждена авторским свидетельством.
8. Разработана система управления процессом приготовления мака
ронного теста на основе непрерывного контроля и регулирования его вязко
сти.
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Влияние технологического оборудования на качество продукции
В пищевой промышленности для решения одной и той же функциональной задачи часто используют технологические машины различных кон конструкций, отличающиеся принципом работы, характером и степенью воздействия рабочих органов на перерабатываемое сырьё и полуфабрикаты. В результате функционирования машины формируется качество получаемого продукта. Наибольшее влияние на качество оказывают конструктивные, кинематические параметры оборудования, надёжность его работы, технология изготовления рабочих органов. Качество продукта, получаемого после переработки на соответствующем оборудовании, характеризуется совершенством его рабочих органов и является одним из важнейших критериев сравнения машин. Используемое оборудование должно обеспечивать производство продукта с оптимальной структурой, позволяющей максимально сохранить биологическую ценность продукта и приобрести необходимые качественные характеристики [195].
Механическая обработка относится к числу наиболее традиционных для перерабатывающих отраслей. Сырьё и полуфабрикаты подвергаются интенсивному воздействию рабочих органов машин: шнеков, лопаток, роторов, валков и др., в результате которого, в обрабатываемом материале возникают деформации растяжения, сдвига, сжатия, кручения. Преобладающие виды деформации зависят от конфигурации рабочих органов и их траекторий. Поэтому в разных машинах одни и те же полуфабрикаты имеют различные структурно-механические свойства, обусловленные процессами структурообразования. Кроме того, механическое воздействие может приводить к потере биологической ценности пищевых продуктов, к ухудшению внешнего вида в результате произошедших необратимых изменений. Несмотря на то, что в отдельных случаях механические воздействия заменены другими, более эффективными видами воздействий, например электрофизическими, они продолжают оставаться наиболее значимыми. При проведении технологических процессов необходимо реализовывать интенсивные, но одновременно щадящие для структуры материала механические и техно логические режимы, позволяющие при высокой скорости обработки сырья или полуфабрикатов обеспечить их оптимальное качество. В большинстве случаев наиболее тонкие различия качества обнаруживаются только субъективными методами. Поэтому, даже в том случае, если данные объективной оценки гарантируют качество продукции (по составу, физико-химическим свойствам, гигиеническим показателям), они обязательно должны быть дополнены результатами органолептической оценки.
Приоритетным является оборудование с системой объективного контроля свойств перерабатываемого в данный момент сырья и полуфабрикатов, позволяющей на основе полученных данных изменять режимы обработки, обеспечивая наилучшее качество полуфабриката и готового продукта.
Большое влияние на качество пищевых продуктов оказывает надежность оборудования, которая в значительной степени зависит от конструктивных решений и технологических условий изготовления. Внезапный отказ оборудования приводит к прерыванию технологических процессов, может вызвать ухудшение качества продукта и производственные потери. Износ рабочих органов в процессе эксплуатации также неизбежно отражается на качестве получаемого продукта. Например, износ шнека и шнековой камеры макаронного пресса ведет к увеличению зазора между винтовой лопастью и внутренними стенками камеры. Это вызывает обратный поток теста, т.е. дополнительное сопротивление и перегрев, приводящие к механической и тепловой денатурации белков [136]. Износ формующих отверстий матрицы ухудшает внешний вид изделий. Износ калибрующих роликов жгутовытягивающей машины в производстве карамели приводит к изменению диаметра жгута и увеличению производственных отходов [143].
Оценивание безопасности технологических систем при нечетко определенных исходных данных
Для отражения существенности вклада отдельных предпосылок и их сочетаний могут быть введены показатели их значимости и критичности. Эти категории указывают на вероятности наступления таких состояний моделируемого процесса (функционирования технологических систем), при которых появление отдельных событий или их наборов оказывается наиболее существенным, значимым, а иногда и критичным - минимально необходимым и достаточным по отношению к условиям возникновения или предупреждения головного события. Используемые в настоящее время критерии значимости и критичности, а также способы их расчета и практического применения приведены, например, в работах [174, 218].
Результаты качественного анализа полученных моделей позволяют выявить условия возникновения и закономерности исследуемых событий.
Завершающим этапом исследования риска возникновения опасной ситуации с помощью рассматриваемой модели служит количественный анализ основных параметров моделируемого события. Основными способами количественной оценки меры возможности возникновения и исключения такого события являются расчеты по аналитическим зависимостям между вероятностями возникновения отдельных предпосылок и моделируемого события, а также статистическое или имитационное моделирование.
Цель расчета состоит в определении числовых характеристик и распределений, указывающих меру возможности или частоту появления конкретных головных событий, или - в оценке математического ожидания их количества на заданном интервале времени. В отдельных случаях на данном этапе может быть рассчитан риск экономического ущерба и (или) затраты, необходимые для его предупреждения. Исходными данными для количественного анализа служат структура "дерева событий" и числовые характеристики или законы распределения (плотности вероятности или функции принадлежности) переменных, задаваемых узлами или вершинами модели. Подготовительным этапом к количественному анализу является дальнейшая формализация - получение с помощью алгебры событий и булевых преобразований таких аналитических выражений, которые учитывают все рассматриваемые в модели переменные и связи между ними.
Средством аналитического представления моделируемого "деревом" события служат структурные функции. Они позволяют выразить вероятность появления головного события в зависимости от соответствующих характеристик исходных предпосылок. При этом в качестве объективной или субъективной ее меры используют соответственно вероятности - Prob и возможности - Poss. Содержание символа Рє (Prob, Poss) определяется характером исходных данных.
Количественный анализ риска с помощью структурных функций целесообразно осуществлять в следующей последовательности: декомпозиция модели на отдельные блоки; выделение в выбранных блоках подмножеств событий, соединенных условиями "И" и "ИЛИ"; расчет параметров вероятности наступления головных для блоков событий; упрощение исходного дерева и соответствующей ему структурной функции за счет их укрупнения; расчет вероятности возникновения головного для всей модели события. При оценке числовых характеристик исследуемого дерева событий следует руководствоваться рядом правил и допущений, изложенных ниже [15,44, 118]. События дерева, соединенные логическим условием "И", объединяют по принципу их перемножения, при этом параметр головного события Р рассчитывают как произведение из п параметров предпосылок (сомножителей): Р = РЛ А=ПРі 5 (2Л где Pi - вероятность возникновения z -го события предпосылки.
События дерева, соединенные логическим условием "ИЛИ", объединяют по принципу логического сложения, а их соответствующие параметры образуют следующую алгебраическую зависимость: Р = 1-(1-Р,Х1-Р2)...(1-Р„) = 1-П(1-Р,), (2.2) /=1 которая в частных случаях, например для п = 2 и п = 3, принимает вид: Ря.2=Рг+Рг-РхР1\ (2.3) Рп=і=РЛ+Р2Рз +P3Pi -WAP,- (2-4)
Преобразование и упрощение структурных функций осуществляют с соблюдением основных правил булевой алгебры. В соответствии с законом поглощения справедливы, например, следующие равенства: А (АВ)=АВ , (2.5) А+(А+В)=А . (2.6)
Принятие условия (2.6) вносит определенные погрешности в анализ процесса возникновения событий с помощью структурных функций, поскольку означает фактическое игнорирование логических узлов "ИЛИ исключительное". Предлагаемые для устранения этого недостатка дополнительные узлы "ИЛИ включительное" значительно усложняют "дерево собы тий", требуя добавления в него работоспособных состояний элементов технологической системы.
Другим выходом из создавшегося положения может быть пренебрежение возможностью одновременного появления двух и более событий-предпосылок, объединенных условиями типа "ИЛИ". Такое допущение обусловлено стремлением к нулю произведения маловероятных наборов событий. Невозможность такого преобразования обоснована лишь в случаях, когда имеется значительная разница между слагаемыми структурной функции, оцениваемая двумя - тремя порядками [70].
При известных структурных схемах безотказности технологических систем они могут быть легко преобразованы в дерево событий. При этом их параллельно соединенные элементы соответствуют логическому условию "И" соответствующего дерева, а последовательно соединенные - условию "ИЛИ".
Используя, приведенные выше правила можно записать структурную функцию головного события (А) модели, приведенной на рис 2.5. Функция имеет вид: Р(А) =Р(Б)- Р{В) = {1 - (1 - Р(г))(\ - Р{Д)} Р(Е) -Р(Л)- Р{К), где Р( ) - вероятности наступления случайных предпосылок к головному событию.
Количественный анализ дерева событий сложной структуры значительно упрощается за счет использования выявленных на предыдущем этапе минимальных сочетаний событий. Основная идея упрощения сводится к построению нового, эквивалентного исходному, но более простого дерева, включающего в себя любое из двух, перечисленных выше, сочетаний и одно логическое условие.
Оценка надежности технологического оборудования линии по производству нарезных батонов
Анализ причин отклонений параметров процессов от технологического регламента показал, что большинство нарушений обусловлено низкой эксплуатационной надежностью технической части системы - технологического оборудования. Доля таких нарушений составила 76,4% от общего количества.
Еще раз подчеркнем, что одной из задач нашей работы является изучение влияния надежности технологического оборудования с системами контроля и регулирования на качество функционирования технологических систем. Несмотря на несомненную важность проблемы, мы не проводили анализ функциональных характеристик оборудования, характеризующих принципиальную возможность получения качественного продукта на этом оборудовании, поскольку это должно являться предметом отдельного исследования. В частности, именно здесь находят широкое применение методы исследования стабильности, точности и устойчивости работы оборудования.
Ранее, в разделе 3.1, выявлено оборудование, отказы которого обусловили наибольшее количество нарушений процесса. Данные о количестве зарегистрированных отказов приведены на рис. 3.3. Причины, вызвавшие эти отказы, представлены в таблице 3.4. Поскольку в дальнейшем (разд. 3.3) нами будет проведено оценивание риска потери качества проведения процессов (нарушений регламента), необходимо исследовать надежность основного технологического оборудования оцениваемой технологической системы.
Для этого нами проведен анализ эксплуатационной документации исследуемого оборудования - журналов учета работы и ремонтов машин. Для систематизации зарегистрированных отказов разработаны специальные формы сбора информации, в которые вносили дату и время появления отказов, отказавший элемент, меры принятые для ликвидации причины отказа, время простоя оборудования, последствия отказов для качества продукции. Для исследования использована информация, полученная за период 10 месяцев.
Далее, на основе полученной информации, нами проведено оценивание показателей надежности оборудования, процедура которого включала: установление вида распределения отказов; оценку соответствия теоретического и эмпирического законов распределения отказов; определение параметров закона распределения отказов; оценку показателей надежности исследуемых машин. В качестве показателей надежности использованы: нара
ботка на отказ, параметр потока отказов, вероятность безотказной работы оборудования, у - процентный ресурс. Поскольку методика расчета достаточно подробно описана нами в разделе 2.4, далее будут приведены только полученные результаты. Расчет выполнен на ЭВМ с помощью разработанной нами программы, реализующей описанную методику.
Для подтверждения случайного характера возникновения отказов построены диаграммы их распределения по месяцам анализируемого периода времени. Примеры таких диаграмм приведены на рис. 3.4. Аналогичный характер имеют распределения и для остального оборудования, однако в связи с ограниченным объемом работы мы их не приводим.
При определении значений наработки данные наблюдений были систематизированы и пересчитаны для условий непрерывной работы с учетом фактической загруженности и производительности оборудования. Режим работы оборудования на обследованном предприятии односменный. Продолжительность смены 10-12 часов. Цикл работы дозировочной станции, тестомесильной машины, дежевого конвейера и дежеопрокидывателя составляет 1 включение в 15 мин. Продолжительность работы за одно включение составляет: дозировочная станция - 2 минуты; тестомесильная машина - 5 минут; дежевой конвейер - 4 минуты; дежеопрокидыватель- 4 минуты. При расчете продолжительность работы остального оборудования в течение смены принята равной 10 часам.
Учитывая случайный характер появления отказов и первичную обработку имеющихся эмпирических данных (см. гистограммы на рис. 3.5 и 3.6), для описания распределения наработки на отказ использована экспоненциальная зависимость.
Расчетные значения показателей надежности основного технологического оборудования исследованной линии по производству нарезных батонов и их статистические оценки приведены в табл. 3.6. Аппроксимирующие функции плотности вероятности распределения, вероятности отказов и вероятности безотказной работы - в табл. 3.7.
Достоверность и точность оценки показателей надежности определяли значениями доверительной вероятности и относительной ошибки. При доверительной вероятности у =0,9, предельная относительная ошибка оценки показателя надежности составляла а =0,1.
Надежность технологического оборудования мукомольной отрасли промышленности
Современная технология хранения и переработки зерна на элеваторах и мукомольных заводах сопровождается образованием большого количества мелкодисперсных, горючих/ органических материалов, которые v при определенных концентрациях в свободных объемах технологического, транспортного и аспирационного оборудования, в емкостях создают взрывоопасные пылевоздушные смеси и при наличии источников их воспламенения повышают вероятность возникновения и развития аварийных взрывопожароопасных ситуаций.
Степень пожароопасности пылевоздушной смеси определяется температурой загорания (искрения и вспышки) и температурой самовоспламенения (взрыва). Для пыли в элеваторах, на мукомольных и комбикормовых заводах температура загорания колеблется в пределах 315-725С, а температура воспламенения - 600-800С. Нижний предел концентрации -з
взрываемости для элеваторной пыли равен 40-90 г/м , для мельничной пы-ли 10-50 г/м , для комбикормовой пыли 7-50 г/м . При концентрации меньше нижнего предела взрыв уже невозможен [95].
Максимальную концентрацию взвешенной пыли, при которой еще возможен взрыв, называют верхним пределом взрываемости. При содержании пыли выше этой концентрации взрыв не происходит, но пыль может гореть. Начальный взрыв на одном участке при взрывоопасной концентрации на других участках может распространиться и вызвать ряд взрывов, следующих один за другим.
Взрывобезопасность предприятий предусматривает безусловное выполнение действующих нормативных документов. Это условие необходимо, однако, не всегда достаточно, о чем свидетельствует анализ взрывов и их последствий на предприятиях отрасли.
По зарубежным данным, ежегодно в мире на зерноперерабатываю-щих предприятиях происходит около 70 случаев взрывов пыли, что составляет 24% от общего числа взрывов, происходящих во всех отраслях промышленности [178, 40].
Анализ результатов технических расследований аварий на объектах по хранению и переработке зерна в России и за рубежом показывает, что причиной значительной их части являются первичные взрывы в производственном оборудовании, к которым приводят некоторые неисправности и поломки оборудования. К ним можно отнести, например, обрыв норийной ленты, отрыв ковшей от норийной ленты, разбалансировку ротора дробилок или турбовоздуходувок, попадание в оборудование посторонних предметов и т.п. Некоторые неисправности оборудования приводят к возникновению в нем аэровзвесей взрывоопасной концентрации.
Решение проблемы взрывобезопасности объектов отрасли связано, прежде всего, с обеспечением взрывобезопасности оборудования. Одно из главных направлений повышения взрывобезопасности производств - повышение технического уровня оборудования и его эксплуатационной надежности, строгое соблюдение правил эксплуатации и технического обслуживания. Учитывая невозможность полного исключения вероятности возникновения взрывов из-за случайных отказов оборудования, ошибок обслуживающего персонала и по другим причинам, важным направлением в обеспечении взрывобезопасности предприятий является разработка и оснащение производственного оборудования эффективными средствами взрывопредупреждения и взрывозащиты. Тяжесть разрушительных последствий взрывов во многом определяется отсутствием или низкой эффективностью этих средств.
Так как целью настоящего раздела работы является анализ причин возникновения аварийных ситуаций, связанных со случайными первичными взрывами в оборудовании, при анализе реальных данных рассматривали только причины, связанные с отказами оборудования и средств взрывопредупреждения. Проведенный анализ показал, что основными причинами возгорания пылевоздушных смесей в производственном оборудовании являются искрообразование, недопустимое повышение температуры узлов оборудования, возникновение разрядов статического электричества.
Повышение температуры узлов и деталей оборудования, как правило, обусловлено различными неисправностями в парах взаимного перемещения элементов машин, такими как: - перегрев подшипников при наличии в них неисправностей; - соприкосновение вращающихся (движущихся) деталей с неподвижными при неправильной сборке оборудования; - трение деталей о корпус или обшивку оборудования; - трение и соударение рабочих органов технологического оборудо вания и механизмов, которые в определенных условиях разогреваются до температуры, превышающей температуру воспламенения пылевоздушных и газовоздушных смесей; - попадание металлических предметов между движущимися дета лями оборудования; в результате трения металлический предмет может на греться и стать источником возгорания пыли, а в результате соударения источником искрообразования.
Использование токонепроводящих материалов при изготовлении оборудования (пластмасс - для смотровых вставок в пневмопроводах и перед некоторыми машинами; синтетических материалов - для тканых сит, резинотканевых лент конвейеров) способствует накоплению статического электричества на отдельных участках оборудования и образованию разрядов, способных воспламенить пылевоздушные смеси. Кроме того, электростатические разряды возникают при дроблении зерна, взаимном трении мелких частиц и могут накапливаться на машинах, самотечных трубах, приводных ремнях, на поверхности частиц продукта.
