Энергетическое представление некоторых объектов промышленных предприятий

УДК 621.311

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В.В. Сальников, Ю.В. Французова

Рассмотрен подход к представлению промышленного оборудования в энергетических категориях. Предложена модель представления оборудования как некой системы, преобразующей входной поток заготовок в поток готовых деталей с использованием энергии. Предложена расширенная модель представления точки траектории движения инструмента.

Ключевые слова: производственная система, эффективность, эффективность потребления энергии, энергоресурсы, энергопотребление, информатизация производства, контроль производства.

Энергоёмкость ВВП России в 2-2,5 раза выше, чем в среднем по миру. Президентом РФ была поставлена задача снижения энергоёмкости ВВП на 40% по отношению к уровню 2007 г[1].Решение задачи снижения энергоемкости ВВП осуществляется за счет государственной программы Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 15.04.2014 № 321. Реализация мероприятий, предусмотренных данной программой, подразумевает снижение энергоемкости на 13,5%, что в совокупности с другими факторами позволит обеспечить решение задачи, поставленной Президентом РФ.По состоянию на 2015 год энергоемкость ВВП по отношению к 2007 году была снижена на 5,94%, при этом показатель в 2014 г. составлял 5,61%. Это говорит о медленных темпах и существенных трудностях в реализации данной программы.

В структуре энергетического баланса, отражающей распределение затрат энергии по отраслям экономики, доля промышленного производства составляет примерно половину. Удельные затраты энергии в себестоимости продукции, выпускаемой российскими предприятиями, в 2-3 раза выше, чем в среднем по миру (рис. 1).

Удельные затраты в себестоимости промышленной продукции на топливо и энергию

14 12 10 8 6 4 2 О

1

/

^ У

.к»

«г*

/

/ / ✓

Ж

Л А"

л.«' "Г ^ ^

В среднем по странам  Развитые страны  Развивающиеся страны «Россия

Рис. 1. Удельные затраты в себестоимости промышленной продукции

на топливо и энергию (%) 108

На предприятиях машиностроительного профиля процесс механообработки по-прежнему является наиболее трудоемким процессом при изготовлении продукции, по сравнению, например, с термической или гальванической обработкой. Анализируя станочный парк промышленных предприятий, можно сделать следующие выводы:

- многоцелевые станки, оснащенные системой числового программного обеспечение, находят свое применение при всех типах производства и существует тенденция постоянного роста числа станков такого типа на промышленных предприятиях;

- многоцелевые станки с ЧПУ являются наиболее сложными объектами промышленного производства с точки зрения конфигурации (наличие нескольких приводов, режущих инструментов, различных приспособлений и т.д.) и управления; имеют богатые средства диагностики (система ЧПУ позволяет контролировать большое количество технологических параметров). Поэтому такие объекты как станки являются наиболее сложными для их описания, но имеют большой потенциал для энергосбережения.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что современные российские производства недостаточно эффективно расходуют энергоресурсы, что значительно снижает конкурентоспособность их товаров на мировом и отечественном рынках. Это делает актуальной задачу повышения эффективности расходования энергоресурсов в промышленном производстве. Большой потенциал для энергосбережения имеют промышленные предприятия машиностроительного профиля.

Управление и планирование потребления энергии — эффективный инструмент адаптации производственной системы в условиях изменения режима функционирования. Рациональное использование энергии улучшает показатели предприятия не только с энергетической, но и с экологической и общей экономической точек зрения [3].

Для оценки энергопотребления по каждой технологической операции и по каждому рабочему месту все объекты производства (оборудование, материалы, операции и др.) должны быть однозначно идентифицированы [3].

Как правило, производственные системы машиностроительного профиля обладают сложной многоуровневой иерархической структурой. Нижний уровень определяется воздействием на объект обработки. Верхний уровень определяется структурным подразделением, для которого производится оценка энергозатрат. Каждый уровень характеризуется определенной долей потери энергии [4].

Лучшие результаты в смысле оперативного управления и долгосрочного планирования затрат, в частности энергопотребления, дают технические критерии: энергоемкость, приведенные затраты энергии и т. д [5]. К сожалению, они являются действенными только для анализа происходящих ранее или в данный момент событий.

До сих пор в вопросах нормирования затрат энергии, в отличие от других видов ресурсов не существует общепризнанной методики. Эта ситуация объясняется отсутствием взаимопонимания между службами энергетика, как поставщика энергии, и службами технолога, потребителя по проблемам эффективности ее потребления [6].

Даже самый детальный метод нормирования затрат энергоресурсов в расчете на единицу технологического оборудования не предполагает учет типа выполняемых технологических операций, которые различаются по своим видам и характеристикам, и фактического состояния производственных мощностей [6].

Ранее в статье [6] была предложена математическая модель энергопотребления промышленного оборудования, в основе которой лежит представление энергетических характеристик технологического воздействия в виде функции от образуемых поверхностей. Данная модель рассматривать операции механической обработки как преобразование поверхности заготовки в требуемую поверхность детали и оценивать их эффективность с позиций качества преобразования энергии [6, 7].

p tн (k+1) vTEX (* ) = Е

1=1 tHk

/ = 1... р,

ует1пТ qmek

где р - количество исполнительных органов станка, задействованных в выполнении детали-операции. Полученная зависимость представляет собой модель потребления энергоресурсов технологической операцией.

Ранее в статье [4] была произведён анализ информационной поддержки различных стадий жизненного цикла изделия, начиная с его проектированием и заканчивая производством. Показано, что на стадии подготовки производства: разрабатываются маршрутная и операционные технологии, которые отражают перемещение заготовок и полуфабрикатов в рамках технологического процесса, режимы их обработки, параметры инструмента и др.; пишутся управляющие программы для оборудования, в которых содержится информация о траектории движения инструмента, быстрых перемещениях, остановах. Совмещение геометрической информации электронной модели изделия, траектории движения инструмента и его параметров позволяют получить величину снимаемого припуска. Этой информации достаточно, чтобы оценить потребление энергии, используя предложенную модель энергопотребления [4,6].

В связи с этим, предлагается оборудование рассматривать как некую систему, преобразующую входной поток заготовок в поток готовых деталей с использованием энергии (рис. 2). В этом случае выходной поток может быть выражен с помощью оператора преобразования через входной поток.

Рис. 2. Энергетическое представление промышленного оборудования

Траектория движения инструмента^, записанная в файле управляющей программы на языке Ш07Би, состоит из набора точекр (рис. 3).

& =[РЬ P2,..., РЫЬ где N - количество кадров в управляющей программе.

Образуемая поверхность Рис. 3. Энергетическое представление траектории движения инструмента

Каждая точка характеризуется координатами X, У, 2.

р, ={ X У ,2}

Для целей расчета ожидаемых затрат энергетических ресурсов дополним каждую точку следующими параметрами: скорость резания V, подача 8, и велечина снимаемого припуска Ь, которая будет рассчитыаться путем совмещения геометрической инфорации из ЭБ-модели заготовки, координат X, У, 2данной точки траектории и парамтров инструмента. Набор харакетристик для каждой точки траектории будет выглядеть следующим образом

р, ={ X У, 2 у, 8 ,Ь}.

Используя предложенную модель точки траектории легко получить вспомогательную информацию, необходимую для расчета энергопотребления:

= Х1 - Хм; Пу = У, - У, ч;

DZ - Zt - ZM; Di -

y 2 у 2 у 2

dX DY DZ

I + I + I

X

где Di - элементарное перемещениевдоль оси X в i-ой точке траекториипо отношению к i-1-ой точке; Di - элементарное перемещениевдоль оси Y в i-ой точке траектории по

z

отношению к i-1-ой точке; Di - элементарное перемещениевдоль оси Z в i-ой точке траектории по отношению к i-1-ой точке; Dt -перемещение/'-ой точке траектории по отношению к i-1-ой точке.

Используя скорость подачи, легко получить временные характеристики перемещений.

T. — ^L

'' = D

111

Применение математической модели энергопотребления (1) и полученных энергетических представлений таких объектов как промышленное оборудование и траектория движения инструмента позволяет спланировать энергопотребление на стадии подготовки производства и контролировать его на стадии производства.

Список литературы

1. Указ Президента РФ от 04.06.2008 N 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»

2. Иванов В. А. Анализ энергозатрат в различных отраслях промышленности // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №1 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/144TVN115.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/144TVN115

3. Ерзин О. А., Сальников В.В. Один из аспектов оценки эффективности технологических систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2. С. 594 - 603.

4 Сальников В.В., Ивтуин А.Н., Французова Ю.В. Компьютерная поддержка использования энергетических ресурсов в производственной системе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 6. С. 106 - 115.

5. Управление эффективностью и качеством: Модульная программа: пер. с анг. / под ред. И. Прокопенко, К. Норта: В 2 ч. Ч. I. М.: Дело, 2001. 800 с.

6. Сальников В.В. Математическая модель энергопотребления промышленного оборудования // Интеллектуальные и информационные системы: материалы Международной научно-технической конференции / Тульский государственный университет. Тула, 2017. 305 с.

Сальников Владимир Владимирович, студент, vladimirsalnikov95@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Французова Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, julianna 1204@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE ENERGY PERFORMANCE OF CERTAIN OBJECTS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES

V. V. Salnikov, Y. V. Frantsuzova

The paper considers an approach to the presentation of industrial equipment in the energy categories. The proposed model represent the equipment as a system that transforms an input stream of material in the flow offinished parts through the use of energy. An extended model of representation of the tool trajectory point is proposed.

Key words: production system, efficiency, efficiency of energy consumption, energy resources, energy consumption, Informatization of production, production control.

Salnikov Vladimir Vladimirovich, student, Vladimirsalnikov95@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Frantsuzova Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical science, docent, julianna_1204@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University