Курс «Современный ТРИЗ». Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ»

Станислав Львович Горобченко, 2021

На сегодня еще нет однозначного понимания того, в каком объеме и какие методики ТРИЗ могут быть эффективно применены в инжиниринговых проектах. Однако этот класс задач, имея достаточно большую определенность, предполагает возможность нахождения таких методик и создания соответствующего алгоритма решения инжиниринговых задач. Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ» (АРИнЗ) курса «Современный ТРИЗ» посвящен анализу инжиниринговых задач, их лучшему пониманию по сравнению с другими видами творческих задач, а также демонстрации возможностей методик АРИнЗ. Приведены несколько примеров решения модельных задач по АРИнЗ. Курс предназначен как для начинающих, так и специалистов, знакомых с ТРИЗ, и всех, интересующихся вопросами применения творческих методик в инжиниринговых задачах.

6. Применение АРИнЗ

6.1. Применение АРИнЗ в технических областях

6.1.1. Основные подходы АРИнЗ в технических областях

Чтобы получить наибольший эффект при подготовке коммерческих предложений, необходимо провести комплексный анализ состояния дел у клиента. Для этих целей в настоящее время используется множество способов, например, анкетирование, ситуационный анализ, SWOT анализ, технология маркетингового аудита и т.п.

К сожалению, эти методики не вскрывают приоритетные противоречия и часто не интерпретируются с экономической точки зрения. Чтобы сделать это, требуется провести подробный инженерно-экономический анализ, применяя методики «накопления ценности» — «value chain». Эта методика является основной применяемой методикой в арсенале АРИнЗ.

В этом случае мы сможем отследить весь поток создания ценности для клиента, начиная от проектирования и до послепродажного обслуживания и дальнейших модернизаций, т.е. обеспечивая продукции «жизнь после жизни».

Последовательно применяя методики «value chain» можно получить направленный подход к совершенствованию процессов у заказчика. Использовать нужно все возможные способы получения отдачи, которые может предложить продукция компании — продавца. Особенностью такого подхода является то, что в него включаются не только технические аспекты (предложение продукции), экономические (расчеты экономического и технико-экономического эффекта), но и организационные и системные эффекты, которые могут быть получены при реализации всего комплекса мероприятий при внедрении продукции.

В голове клиента всегда существует сомнение, окупится ли предлагаемая вещь, насколько полезны предлагаемые ею функции, насколько конкурентно предложение, что предлагают товары–заменители, какие полезные дополнительные функции можно получить от предлагаемого продукта. Немалую роль играют и возможные ресурсы, необходимые для поддержания в эксплуатации продукта и, соответственно, эксплуатационные затраты. Колебания рынка входного сырья и рынка готовых продуктов также оказывают значительное влияние на желание приобрести продукцию.

ПОИСК ПРОБЛЕМ И РЕЗЕРВОВ

Главным постулатом для подготовки эффективных предложений является то, что в сложившемся производстве всегда есть скрытые резервы, которые могут быть реализованы, в т.ч. и при помощи внедрения качественного предлагаемого продукта. В этом отличие инженерно-стоимостного анализа от простого указания на экономические преимущества при подготовке коммерческого предложения. Такой анализ также помогает сделать предложение уникальным, от которого, говоря словами создателей «Крестного отца», «клиент не сможет отказаться». Постоянный анализ экономических, рыночных, организационных и технических противоречий является его основой.

Никто обычно не заявляет о создании резервов на этапе проектирования. Их всегда стремятся снизить, но, тем не менее, они появляются. Причиной этому может служить множество факторов. Это и техническое отставание со временем, и моральное устаревание, и неэффективное использование информации, неучет экономической стороны дела, неоправданное завышение технических параметров в связи с устаревшими нормами, несогласованность и отсутствие координации в работе разных отделов и т.п. Нередки и временные решения, как и устоявшиеся проектные решения, старые парадигмы, которые закрепляются в технической и оргдокументации. Проблемой могут стать трудности вписывания новой техники в существующее производство, избыток или недостаток унификации арматуры и т.п.

Возможности скрыты также и в системном подходе к внедрению новой техники, с планомерным преодолением психологической инерции и консерватизма. Нужно дать возможность шире увидеть роль внедряемого устройства во взаимодействии с другими системами, технологическим процессом, в динамике постоянного развития, показывая пути развития через преодоление технических и организационных противоречий на производстве клиента.

Появление резервов наиболее характерно со временем, когда появляются новые технические решения, развиваются прогрессивные информационные технологии. Хороший продавец всегда смотрит, сколько времени прошло после поставки того или иного продукта на предприятие заказчика. Он может предположить, какие ожидания может иметь заказчик, поскольку со временем резервов становится все больше и больше. Появляются свежие решения, новые товары-лидеры, изменяются привычки и организационные формы работы. К каждому из этих новых резервов по сравнению с традиционно сложившимися формами работы должен приложить свою руку специалист по инжинирингу, выступающий здесь, и как инженер, и как маркетолог. Его задачей будет выискивание резервов для совершенствования продукции заказчика и предложение наиболее востребованных товаров и услуг.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Системный анализ нужен для того, чтобы сложные программы внедрения новой продукции, например программ повышения эффективности технологического процесса, внедрения сложной техники входили бы в жизнь предприятия наиболее легко. При обычном подходе внедрение происходит долго и трудно. Проблема состоит в том, что многие виды техники, например арматура, входит практически во все виды оборудования и используется большинством производственных, эксплуатационных и ремонтных цехов предприятий.

Анализ резервов у заказчика может пройти несколько стадий. При этом должно стать понятно, какие резервы могут быть вскрыты при помощи установки нового продукта. На первом этапе всегда есть возможность ознакомиться с традиционными издержками и затратами и сравнить их с затратами, при которых используется продукция лидером отрасли или с неким идеальным продуктом, способным решить проблемы и потребности заказчика. Уже здесь есть возможность избавиться от излишков всякого рода резервов, компенсируя это повышением надежности, управляемости, ростом динамичности регулирования и т.п.

Следующим этапом становится программа внедрения изделия на основе системного подхода. Основным пунктом здесь может стать анализ затрат на основе потребительской стоимости. Для начала работы необходимо провести несколько ступеней поэлементного анализа. Потом требуется перейти к поиску системных резервов по результатам комплексного анализа. Далее следует предположить возможное вскрытие резервов использования продукции в процессе эксплуатации на всех стадиях жизненного цикла. Все стадии анализа при внедрении нового изделия должны сопровождаться вскрытием противоречий: технических, организационных и экономических.

ПРОГРАММЫ ВНЕДРЕНИЯ

Системный анализ предполагает применение программно-целевого подхода. Хорошим примером программ внедрения продукции могут стать развитые подходы в рамках функционально-стоимостного анализа. При использовании этого метода изучается производственный и технологический процесс, организационные процедуры, изыскиваются скрытые проблемы и резервы. Специалистов предприятия знакомят с новейшими решениями и проводят презентации. На основе проведенных работ формируется программа внедрения продукта. Часто опытные продавцы действуют таким же образом или имеют группу консультантов или ассистентов.

Работа над программой позволяет проявить цель внедрения нового продукта, последовательно пройти путь вплоть до реализации, с применением различных дополняющих друг друга моделей и методов внедрения. Усилия в первую очередь необходимо направлять на объекты, дающие максимальный технико-экономический эффект и высокие технические результаты. Часто это сложно в условиях, когда основное внимание приковано к стоимости. Чтобы снизить влияние только ценового фактора в большей степени необходимо использовать технико-экономические критерии в сочетании с экспертными оценками, с данными с ведущих предприятий–потребителей рассматриваемой отрасли.

Не менее важно провести экономический анализ участков, в первую очередь подлежащих улучшению. Значимость экономических расчетов возрастает, если приходится выбирать между несколькими вариантами решения. Целью при этом будет нахождение наиболее эффективного и легкого варианта для внедрения новой продукции и определение самых экономичных путей внедрения.

Эффект от внедрения продукции достигается за счет целенаправленного поиска более эффективных технических и организационных решений, позволяющих выполнять функции с наименьшими затратами, т.е. повышать «идеальность» технологического, производственного процесса и организационных процедур.

Эффекты от внедрения продукции, и, как следствие, реализация программно-целевого подхода более положительно воспринимаются в целом руководством предприятия, поскольку она не является стихийным желанием одного специалиста. Плановая работа на основе программ всегда лучше и более совместима с одиночными работами, носящими случайный характер. Кстати, сопротивление внедрению программам выявляет и наиболее характерные организационные трудности, вытекающие из особенностей управления на конкретном предприятии.

Важной частью программы являются и организационно-технические мероприятия, анализ, экспертиза и мониторинг внедрения. Для этого должны быть ключевые пользователи и опорные специалисты на предприятии, которые могут оказать поддержку внедрению продукта.

Формирование программ внедрения

Чтобы сформировать программу внедрения продукта нужно пройти всю цепочку потенциальных потребителей продукта и получателей эффекта от его использования. Уточнив их состав и заручившись их поддержкой, нужно выявить ключевые эффекты потребления и проблемы. После этого можно идти к руководству для получения их поддержки и закрепления взаимных обязательств в документах. Может быть создана т.н. «карта заинтересованных сторон», проведен анализ «поля действующих сил», применен процессный анализ по аналогии с анализом по методу «рыбьего скелета» (диаграмма Исикавы), рис. 6.1, выделены требования, характерные для организации, ее внутренние противоречия и ограничения.

Рис.6.1. Диаграмма Исикавы или «рыбий скелет»

Иногда может быть создана и временная рабочая группа для работы над проектом. Специалисты должны относиться к разным участкам технологического процесса или производственного цикла и знать в тонкостях сам процесс. Это особенно важно для выделения критических для эксплуатации арматуры участков. Только совместная работа технологов, отделов эксплуатации, механиков, специалистов отдельных участков и экономистов может создать правильное представление о реальной проблеме.

Однако участники рабочих групп не должны быть подвержены догмам и старым правилам. Это обычно выясняется в процессе деловых бесед. Суть общения заключается в нахождении задач или выявлении проблем, которые с максимальной эффективностью могут быть решены при помощи предлагаемого продукта. По результатам работы специалистов и создается программа. Проводится отбор наиболее эффективных предложений, определяется порядок их внедрения, назначаются ответственные отделы и специалисты.

Чтобы процесс был эффективен, инженерно-стоимостной анализ должен быть разбит на этапы. Это также означает, что вначале надо определить, будет ли продукт внедряться в действующее и налаженное производство, или он предназначен для нового проекта. В первом случае внедрение продукции, особенно в непрерывное производство происходит болезненно, т.к. требует значительной технической и организационной перестройки. Чем более новаторский продукт, чем больше вводится изменений в процесс, тем больше сложностей возникнет при внедрении.

Наиболее выгодно проводить внедрение продукции на стадии проектирования, охватывая весь путь проявления эффективности продукта от проектирования объекта до поведения при длительной эксплуатации. Именно поэтому большинство компаний стремится начинать работу с проектных институтов.

В начале, важным этапом являются предпроектные исследования, или вторичные исследования о возможностях продукта по отношению к проектируемой технологии или процессу. На этой базе могут быть сформированы и предложены заказчику для утверждения основные технические положения. Практически это техническое задание на разработку проектных спецификаций или разработку программ повышения эффективности технологии или использования продукта. Их основой могут быть лучшие аналоги и лучшие решения, наиболее эффективные с экономической, производственной, экологической точки зрения и т.п. Здесь будет заложена функциональная архитектура продукта для данного процесса.

На предпроектном этапе закладываются принципы установки изделия, и проводится инжиниринговая проработка. Здесь крайне важно избежать шаблона, давления авторитетов, использования устоявшихся мнений. Очень желательно выявить сторонников и противников внедрения продукта.

Требуется обеспечить избыток информации, особенно по результатам первоначального интервью со специалистами предприятия. Закладываемые принципы решения далее будет исправить значительно труднее. На этой стадии презентация для всех заинтересованных сторон, в нашем случае — проектировщиков, технологов, производственников, и др. будет чрезвычайно важным мероприятием. Наиболее существенным результатом будут общие технические положения для разработки, например, проектной спецификации с учетом требований всех заинтересованных сторон.

Важное значение после этого этапа имеет анализ предполагаемых проблем и трудностей при внедрении решений. На основе опыта или консультаций со специалистами выявляются пути устранения ошибок. В случае если нет положительных референцев, продавец использует такие приемы как пилотные испытания на демонстрационном испытательном стенде, полунатурные испытания, стажировку специалистов на предприятии, освоившем технологию, опытную эксплуатацию непосредственно на предприятии заказчика. Конечно, такой подход возможен только в том случае, если это позволяют финансы и требования технологического процесса, а заказчик вызывает доверие.

После посещения предприятий и презентации, испытаний или опытной эксплуатации, когда формируется окончательное представление заказчика об эффективности изделия, оно вносится в проект или поставляется. Таким образом, как правило, изделие будет полностью готово к внедрению и ожидаемые проблемы и претензии значительно уменьшатся, а мнение заказчика об изделии будет, как правило, положительным. Особенно хочется подчеркнуть, что необходимо достигнуть плотного взаимодействия с заказчиком на этой стадии внедрения, как одном из ключевых этапов жизни изделия и проекта.

Нужно быть готовым к тому, что потребуется заранее выявить узкие места, возможные причины неполадок и брака, избежать ошибок и нарушений технологии. Нужно также представлять, что эффект на одном участке производства может привести к проблемам на другом участке. Именно из-за такой недоработанности, неучета или невозможности учета предполагаемых последствий зачастую хороший продукт не может быть быстро внедрен. Выгода на одном участке оборачивается дополнительными затратами на других технологических участках. В связи с этим нужно развивать системное видение проблемы с прогнозированием последствий внедрения сразу на многих участках.

Расчеты эффективности могут быть сориентированы как на технологию, производство и, в конечном итоге, на снижение издержек на предприятии заказчика, так и на качество, производительность и, в итоге, на конечного потребителя продукции заказчика.

Особенно интересным является прогнозирование роли изделия и его внедрения в повышение эффективности продукции заказчика для конечного потребителя. Даст ли такое внедрение повышение спроса, предугадает ли направление и тенденции рынка, даст ли снижение издержек? — таковы примерные вопросы, на которые предстоит ответить, и это далеко не полный перечень. В какой степени снизятся отходы, как они могут быть повторно использованы — это также сфера вопросов предварительного инженерно-стоимостного анализа.

Одновременно с техническими вопросами необходимо изучить и эффекты от внедрения, которые можно получить в организационной структуре, процедурах прохождения документации, заказа, отчетности, от снижения простоев и т.п. Многие предприятия этот эффект могут увидеть быстрее, чем эффект от технических мероприятий. Примером может быть система автоматизации. В любом случае новаторское изделие при его внедрении требует и организационных изменений. Для помощи заказчику необходимо привлекать консультационные центры, организации, независимых консультантов с других предприятий, где продукция уже была внедрена, и знакомых с данным изделием.

В случае если изделие ориентировано на инженерные, коммерческие и другие непроизводственные отделы, можно проводить инженерно-стоимостной анализ непосредственно для них. Например, таким анализом может быть эффективность разбиения запчастей на группы по типу АВС–анализа, развития обменного фонда изделий, внедрения консигнационных складов непосредственно на предприятии и др.

К слову сказать, необязательно проводить такие виды анализа глобально для всей номенклатуры продукции. Можно проводить и экспресс-анализ для внедрения продукта на конкретном технологическом или производственном участке. Задачами также будут суженные задачи — повышение совершенства регулирования и точности, снижение вариативности процесса, ликвидация брака, устранение узкого места в технологическом процессе, повышение производительности данного участка технологической схемы, снижение вредных эффектов от взаимосвязанности контуров и т.п.

В последовательности действий по предлагаемой схеме инженерно-стоимостного анализа должны присутствовать также анализ стандартизации, унификации, сертификации продукции заказчика, условия производства, особенности организации производства, ТОиР, управления, планирования и контроля качества.

ЭТАПЫ ИНЖЕНЕРНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА

Этапами работы являются следующие: подготовительный, информационный, аналитический, этап разработки, исследовательский, рекомендательный, внедренческий, (связанный с мониторингом и контролем) и итерационный (для определения полученных результатов, оптимизации использования и получения большей эффективности). Примерное содержание этапов приведено в табл.6.1.

Табл. 6.1. Этапы инженерно-стоимостного анализа

Получить больший эффект от применения инженерно-стоимостного анализа можно, если на каждом этапе анализа поразмышлять о дополнительных резервах и возможностях, предоставляемых ситуацией, особенностях продукции, организации техпроцесса и т.п. Таблица для заполнения с основными контрольными вопросами показана ниже, табл.6.2.

Табл. 6.2. Контрольные вопросы для выявления резервов на примере арматуры

Обособить этапы полностью, тем не менее, не представляется возможным. Поэтому и введен этап итерации, который означает требование постоянно «пробегаться» по всем этапам с целью уточнения, выделения противоречий, выяснения позиций и т.п. Особенно это относится к сбору информации, который должен проводиться все время. Ведь особенно трудно определить, какая информация понадобится на каждом этапе.

Рассмотрим каждый этап в отдельности.

Подготовительный этап

— включает выбор объекта с соответствующим технико-экономическим обоснованием, определением конкретных целей улучшения или совершенствования техпроцесса заказчика, составление рабочего плана, выделение ключевых специалистов, подготовку документов по координации работы.

Выбор объекта начинается со сбора информации об имеющихся на предприятии трудностей и предлагавшихся решений по их устранению. Таким образом, формируется образ объекта и ключевые мнения о возможных путях решений. На основе их сравнения выделяются основные конфликтные зоны в объекте (например, наиболее критические участки технологического процесса). Их следует внимательно рассмотреть и определить противоречия между содержанием объекта и формами предполагаемых решений.

Работа специалиста по инжинирингу ограничена определенными сроками, требует немалых затрат труда, очень внимательного отношения к целям возможного внедрения, реалистичной оценки возможных результатов в соизмерении с затратами на их получение. Все это должно уже на первом этапе дать возможность оценить перспективы внедрения того или иного продукта.

Не всегда только консерватизм мешает внедрению. Порою условием выступают объективные причины. Ими может быть слишком большая разница в уровне производства и уровне новизны продукта, убыточность внедрения продукта на данном предприятии, слишком большие переделки в налаженном производстве и т.п. Односторонний подход при показе преимуществ продукта также является ограничением.

С самого начала необходимо оценить предполагаемый результат с экономических позиций и после этого решать, браться ли за работу с этим заказчиком или нет. Поиск наиболее горячих задач (на маркетинговом языке — потребностей) на производстве вместо слишком мелких, их отделение от крупных и ранжирование по степени приоритетности для предприятия является важным этапом оценки. На этом этапе нужно вскрыть, что предприятию нужно получить — снижение трудоемкости, экономию материалов, сырья, ресурсов, повысить технические характеристики, в целом снизить издержки производства или ответить на вызовы рынка. Ранжирование задач по критериям выступает содержанием этой части.

Пример. Подготовительный этап для арматурной продукции.

Выделим две ключевые задачи, связанные с нововведениями инжиниринговой арматурной продукции на предприятиях–потребителях. Первая задача — это снижение издержек на производство на предприятии-потребителе. Его роль возрастает в конкурентной борьбе по мере движения товара предприятия-потребителя в жизненном цикле. На этапе зрелости и насыщения ценовая борьба выходит на первый план и особенно ожесточается.

Вторая задача — это адаптация продукции предприятия-потребителя к их целевому рынку. Такие задачи часто связаны с изменением ассортимента, повышением качества продукции, и соответствующей точности и качества регулирования техпроцесса. Основные трудности — во вписывании арматуры в действующие или реконструируемые установки.

Если сравнивать предприятия–потребители с массовым выпуском продукции, средней и малой производительности, то есть свои особенности в задачах. Так, в массовом производстве каждый сбереженный рубль, помноженный на многотысячный выпуск, оборачивается миллионами рублей экономии. Для множества используемых однотипных элементов, которыми выступает арматура в технологических процессах, подходы на основе массового обслуживания будут весьма актуальны.

На мелкосерийных производствах, где создаются нишевые продукты, основной упор делается на повышение добавленной стоимости. Основной упор при анализе стоит делать на анализ технологии, организации производства, разработке унифицированных решений, повышении степени стандартизации отдельных контуров регулирования, способных отвечать требованиям широкоассортиментного технологического процесса, например, выпуска множества разных сортов бумаги. Необходимо выделять участки и узлы наиболее типовых методов производства. Пример задач, которые требуют решения на мелкосерийных производствах, приведен в табл.6.3.

Табл. 6.3. Задачи, решаемые на мелкосерийных производствах при поставках арматуры и КИП и А

После такого анализа в задание на подготовку технико-коммерческого предложения (ТКП) включаются основные характеристики, которые должны быть достигнуты, ожидаемые результаты, пределы возможных изменений объекта, допустимые затраты и примерные сроки работы. Цифры могут быть ориентировочными, но задающими тон принципам формирования решений.

Информационный этап

Этап включает сбор, систематизацию и предварительный анализ данных об объекте, его аналогах, в т.ч. данные по конструкциям, технологиям, затратам, нормативным материалам, тенденциям развития и применению оборудования поставщика и конкурентов на подобных объектах.

Очень полезно ознакомиться с патентными источниками, данными обзоров специализированных институтов, референцами компаний. Краткий перечень информации и порядок работы с ней для подготовки развернутого предложения на основе комплексного инженерно-стоимостного анализа приведен ниже в табл. 6.4.

Табл. 6.4. Источники при работе с информацией

Трудоемкость этого этапа велика из-за значительных затрат времени на сбор такой информации, разнообразия источников, трудности оценки важности для проведения анализа. Сбор и анализ такой информации необходим, поскольку появляется возможность быстро отыскать основные линии развития техники, технологии, производства и найти, как продукт поставщика может быть связан с улучшением характеристик основного производства потребителя.

Однако информационный этап работы является в основном предварительным. Чтобы подойти к вопросу очень конкретно, необходимо собрать данные непосредственно с производства. Лучше использовать список контрольных вопросов и экспертных оценок.

Однако большее внимание должно быть уделено таким главным источникам информации как чертежи и технологическая документация, карты технического уровня, технические условия, стандарты, инструкции, нормативные документы, протоколы испытаний, сведения о поломках арматуры и рекламациях к качеству продукции заказчика со стороны потребителей и т.д. Полезно узнать о предложениях, которые были подготовлены конкурентами с целью уяснить, какие основные проблемы они пытались решать.

На этом этапе стоит познакомиться со всеми вовлеченными специалистами, чтобы понять, кто из них может быть вовлечен в процесс внедрения. Наибольшее внимание стоит уделять специалистам с большим опытом работы и ключевым пользователям продукции. Именно они подскажут, как лучше пользоваться продуктом, как избежать трудностей во внедрении и т.п. В качестве таких заинтересованных сторон в зависимости от вида продукта выделяют производство, технологический отдел, отдел качества, проектный отдел, основных пользователей, экономические службы.

Большим источником знаний и «открытий» может послужить свалка отходов, металлолома, неликвидов и т.п. при предприятиях, рис.6.2. Стоит узнать, сколько аварий происходит по вине используемого изделия, сколько людей требуется, каковы дополнительные внеплановые расходы на такие остановы. Это все пригодится на этапе анализа и подготовки предложений.

Рис.6.2. Свалка арматуры на ЦБК

В процессе работы приходится помнить, что будут затронуты интересы многих отделов. Во многих из них не окажется требуемых данных, многие сочтут предоставление такой информации ненужным или даже опасным, а данные, которые будут представляться, зачастую будут недостоверными. Это реальная жизнь и часто просто особенности текучки на предприятиях. Из-за нее специалисты сами, как правило, не имеют возможности провести комплексный анализ.

Особенно трудно найти информацию по остановам линий, в связи с проблемами в работе конкретного изделия и потреблении запчастей. Также весьма сложно получить экономические данные, касающиеся использования изделий и затрат на них. Это связано с особенностями учета на многих предприятиях, поскольку зачастую не выделяются детальные и пооперационные расходы. Также трудно и с трудоемкостью, выделением затрат на тепло и электроэнергию и пр.

Однако эти пути можно пройти, если знать, какие типовые решения применяются на предприятии, попытаться сверить их с нормативными, принятыми в отрасли. Эти данные легко обнаружить в обычных задачниках, примерах в учебниках, данных из курсового и дипломного проектирования и т.д. В крайнем случае могут проводиться и прямые замеры или прямая оценка затрат времени на проведение той или иной операции, снятие данных с датчиков, графиков АСУ ТП и пр.

В конечном итоге формулируются несколько основных проблем и задач, которые можно решить с помощью предлагаемого инжинирингового продукта. Далее с легкостью могут быть применены способы, принятые в традиционном инженерно-стоимостном анализе: объект разделяется на функциональные узлы, имеющие связь с внедряемым продуктом (изделием), и анализируется технологическая схема.

Результатом является структурная схема изделия и ее связь с технологическим процессом, обслуживанием и т.д. Делаются попытки определить основные технические противоречия и прогнозируются методы улучшения объекта с применением изделия поставщика.

Структурная схема должна отразить системное понимание объекта, а именно объект как систему, с его надсистемой (участки технологических схем, циркуляционные схемы, агрегаты) и подсистемами (узлы, детали), и связями между ними. Особенное внимание следует уделить тому, что зачастую понимание надсистемы, системы и подсистемы не соответствует традиционной разбивке объекта по конструкторской и технологической документации.

Определение последовательности операций и применения изделия в объекте также должно быть важным этапом анализа с целью выявления дополнительных экономических затрат. Самым простым может быть установление затрат при существующем и предлагаемом способе по этапам проектирования, изготовления, транспортировки, монтажа, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, модернизации, реновации и утилизации.

Аналитический этап

Этап направлен на выявление основных задач и формулировку проблем, которые предстоит решать устанавливаемому изделию. В совершенствуемом объекте фиксируются известные проблемы, которые решает изделие, формулируются новые задачи и проблемы, оценивается постановка задач в условиях существующих ограничений. Наиболее сложным этапом является преобразование задач из простых терминов, характерных только для эксплуатационников в многомерную задачу, дающую возможность увидеть дальнюю перспективу применения изделия.

Известные задачи легко определить из открытых источников и опроса специалистов. Среди них найдутся и те, которые в силу разных причин откладываются специалистами на второй план, не используется синергетика, есть тупиковые ответвления, излишне субъективные мнения специалистов и т.п.

Новые задачи возникают из несоответствия функций объекта новым требованиям, достигнутым показателям, например, при использовании лучших технологических процессов. Однако здесь вскрывается одна важная проблема. Как только говорится о новых возможностях, которые дает использование нового продукта, то степень понимания зависит от степени осознанности необходимости в нем.

Четко сформулировать задачу, цель и показать возможное решение при помощи использования изделия поставщика зачастую и является наиболее сложной задачей. Как вскрыть резервы, как более четко осознать возможные выгоды применения, на что обратить внимание в первую очередь, часто представляется очень неясным. Вскрытие резервов для сложных агрегатов, технологических линий, машин является еще более сложным, поскольку количество элементов, систем, подсистем и надсистем резко увеличивается. Для более простых элементов можно поочередно анализировать связи внедряемого изделия с функцией отдельных элементов объекта.

Чтобы выявить возможности внедрения продукта, можно использовать функциональный подход и его главный инструмент — функциональный анализ. Функциональный анализ — это анализ функций, выполняемых объектом, его узлами и деталями, их ранжирование по взносу в проблему, определение их приоритетности, проверка на выполнение функций, сравнение с «идеальными» деталями, поиск элементов, функции которых будут изменены, полезное действие которых будет усилено, а вредное — ослаблено. Анализ дополняется матрицей функций, где по вертикали обозначают функции, выполняемые системой и ее частями, по горизонтали — наименование частей системы, узлов и деталей, а при необходимости и элементов деталей в порядке их вхождения в систему и вклада в выполнение полезных функций.

Как правило, задача заключается в нахождении путей изменения изделий так, чтобы создать функциональную модель изделия, максимально соответствующей выполняемой функции, либо включая полезные, либо исключая излишние функции. Опросам и прямым дискуссиям со специалистами предприятия здесь отведена ведущая роль. Именно они позволяют выявить оптимальный набор функций, ранжировать их по значимости. Приведем пример. Если только 15% специалистов отметили функцию как важную, то ее полное исключение позволит избежать до четверти издержек на производство и сбыт. Такую функцию желательно исключить. Правда, нужно быть весьма осторожными, поскольку важность функции может быть неосознанна, пока ее не исключили. Примеров тому множество.

Основой функционального подхода является заранее выполненная структурная схема объекта. Функции должны быть разделены на основные, второстепенные и вспомогательные. Полезно выделить также и надсистемные функции. Выполнение основных функций обеспечивается вспомогательными, а последних — вспомогательными низших порядков. В конечном итоге должна быть построена схема функционирования объекта с деревом функций. Если это технологическая схема, то может быть построена структурно-процессная диаграмма, напоминающая «рыбий скелет». При использовании таких простых инструментов анализа объект рассматривается системно, не пропускаются важные элементы и их связи. В частности примерно так разрабатываются схемы надежности технологических схем и выявляются «танцующие» контуры в технологических процессах.

Второстепенные функции связаны с выполнением основных, и поэтому являются полезными. Задача состоит в том, чтобы определить, как новое изделие, устанавливаемое в объект, позволяет усилить полезную функцию и уменьшить вредную. Часто вредные эффекты являются следствием полезных. Анализ сочетаний полезных и вредных функций дает возможность спрогнозировать получение максимально возможного эффекта, разрешить технические противоречия, найти способ устранения или уменьшения вредных функций при сохранении полезных.

Ранжирование функций по степени важности позволяет выделить долю вклада их в выполнение главной функции и общий полезный эффект. Если один и тот же элемент позволяет выполнить разные функции, то мы находим поле для синергии, или если имеются варианты выполнения разных функций, то получить альтернативы. Степень детализации предстоит определить в процессе анализа и выделения иерархии структуры объекта.

На этом этапе полученные схемы и матрицы отразят внутренние взаимосвязи в выполнении функций системы. Также важно построить функциональные схемы, отражающие и внешние связи с другими системами, получив отдельные взаимосвязи с жизнью объекта на стадиях проектирования, производства, транспортировки, монтажа, эксплуатации, ремонта, модернизации и утилизации. К примеру, для арматуры основными факторами, ограничивающими применение ее как изделия, являются нормативные документы, стандарты, а также руководящие технические материалы (РТМ) надзорных органов.

Чтобы определить очередность внедрения и направления использования тех или иных изделий, можно составить диагностическую таблицу. В ней суммируются разные оценки системы, выделяются наиболее важные противоречия и проблемы. Обычно значимость может быть присвоена методом экспертных оценок, а также анализом частоты появления проблемы, степени головной боли, аварийности и т.п. Дополнительными показателями должны стать экономические затраты и стоимость выполнения функций данным узлом и его роль в выполнении функций всем объектом в целом. Если значимость узла велика при относительно малых издержках, его можно считать благополучным, и при отсутствии особых причин он рассматривается в последнюю очередь. Если малозначащий узел имеет повышенную стоимость, заниматься им необходимо. В дополнение необходимо определить степень организационных трудностей, связанных с этим узлом. Для этих целей полезно обратиться к разным специалистам, от диспетчера, работников ОТК, лабораторий, до снабженцев и специалистов по ремонту.

Вместе с такой диагностической таблицей по структуре объекта может быть построена таблица значимости и по технологическим процессам, учитывающая значимость операций, материальные и трудовые затраты, уровень беспокойства, степень брака и т.п. Стоит учесть особенности разных процессов.

Пример. Для непрерывных технологических процессов важность аварийности и брака нарастает к концу процесса. Так, стоимость бумажной массы, и соответственно стоимость поддержания точной концентрации на мокром конце бумагоделательной машины перед напорным ящиком и сеточной частью значительно выше, чем после гидроразбивателя. Такие же способы материальной оценки в целом по технологической схеме применимы и для энергетики (стоимость энергетической воды возрастает к клапану питательной воды), в схемах водоочистки (стоимость очищенной воды наиболее высока на последних ступенях технологических схем очистки). Клапаны, установленные в конце процесса, должны быть значительно больше вовлечены в технологический процесс или иметь более высокую надежность.

Полученные таблицы, схемы и диаграммы полезно проанализировать с помощью таблиц выявления резервов, составленных по результатам многочисленных анализов внедрения изделий в сложные объекты. Также полезно использовать методики прогнозирования развития технических систем.

Оценка правильности постановки, преобразование и отбор задач для решения — это окончательная стадия аналитического этапа. Бесполезно применять наиболее эффективные инструменты анализа и решения задачи при установке нового изделия, если сама задача является надуманной. В конечном итоге и потребитель это поймет.

Причины неправильной формулировки кроются в сложностях и самого объекта. Болезнь может проявляться не там, где «болит». Могут даваться неправильные, надуманные причины и объяснения, и следующие из них надуманные решения проблемы.

Чтобы четче определить проблему, необходимо определить ее симптомы и показать нежелательные эффекты, возникающие при ее развитии. Нежелательными эффектами могут быть: недостаточная эффективность полезных функций; наличие вредных или ненужных функций; сложность системы; потребность в дорогих и дефицитных материалах; высокая трудоемкость; большая доля ручного труда; несоответствие реакции человека производственным скоростям; недостаточная надежность конструкции и т.п. Проблемы описываются вместе с ее владельцем — определенной деталью, узлом, агрегатом, участком технологического процесса.

Из определения нежелательного эффекта следуют две задачи — на «исправление» и на «недопущение». Новое изделие должно по возможности не допускать нежелательные эффекты. Исправление нежелательного эффекта, как менее эффективное решение, должно относиться к задачам второго эшелона, т.е. желательно их решать, если решение задачи на недопущение по каким-то причинам невозможно или нецелесообразно.

Также из множества выявленных проблем и вытекающих из них задач нужно выбрать наиболее приоритетную, т.е. дающую максимальный эффект. Такая задача:

— снижает максимальное число нежелательных эффектов;

— устраняет максимальное число исправительных операций и вспомогательных элементов для их выполнения;

— исключает подготовительные и вспомогательные операции, не связанные с конечным продуктом или главной функцией.

Эффективным приемом является функционально-идеальное моделирование — свертывание. (Подробнее см. ГоробченкоС. Л., Как происходит свертывание арматуры, ТПА 5\2012 стр.115–118). В этом случае предполагается формирование объекта с минимальным количеством элементов, но выполняющих основные функции и максимально приближенных к идеальному выполнению. Это достигается путем ликвидации всех вспомогательных элементов, всех вспомогательных операций и второстепенных функций. Последние передаются элементам, выполняющим основные функции и не подлежащим свертыванию.

Свертывание происходит по следующей схеме:

— для конструкции наиболее эффективно свертывать соседние по отношению к свертываемым элементам подсистемы;

— для технологических процессов — операции, предшествующие свертываемой, вплоть до поставки материалов, либо последующие, включая сборку и транспортировку.

Этап подготовки предложений

На этом этапе вырабатываются предложения по совершенствованию объекта с применением изделий поставщика. Сначала задачи сортируются с выделением нескольких основных групп:

— Задачи, не содержащие противоречий, т.е. решаемых обычными средствами с минимальными изменениями в системе. Это задачи на устранение излишков неоправданных усложнений, завышенных параметров, нерационального использования материалов. Такие задачи легче всего решаются, и изделие легче всего внедряется с быстрой экономией.

— Задачи с противоречиями, допускающими компромиссное решение, и частично удовлетворяющее противоречивым требованиям. Основная проблема и техническое противоречие не устраняется, но его последствия сглаживаются. Такие задачи — это снижение массы конструкции при сохранении прочности и надежности, подбор оптимальных материалов, формы, химического состава и т.д. Решения требуют трудоемкого обоснования, применения специальных методик оптимального проектирования, проведения экспериментов по выбору наилучшего варианта.

— Задачи с противоречиями, не допускающими компромиссных решений. Такие задачи можно решать с применением всего опыта в т.ч. и из других отраслей, являющимися надсистемами, где подобные задачи могут быть уже решены. Внедрение решений является весьма трудоемким делом, зато эффект будет максимальным.

В результате поиска появятся решения с разной степенью достижения идеального конечного результата, разрешения проблемы, противоречия, соответствия закономерностям развития продукта, экономической эффективности и т.п. Они должны быть окончательно оценены экономистами.

Особенно важно выделить сверхэффекты, вредные эффекты и системные свойства, проследить возможные изменения по всей технологической цепочке, которые произойдут при внедрении изделия.

Сверхэффектам нужно найти применение, и развить их с получением максимальной пользы. Для вредных эффектов, возникающих в процессе внедрения, необходимо найти способы их недопущения и, в крайнем случае, исправления. Чтобы выявить их еще до внедрения, полезно использовать «диверсионный» и «инверсный» подход. Не вдаваясь в подробности методов, скажем, что при их применении задача решается как бы наоборот, т.е. ищутся проблемы, которые могут возникнуть при внедрении изделий.

Экспертиза предложений

После выработки предложений необходимо провести их экспертизу. При этом все предварительные предложения разбиваются на 3 группы:

— не требующие при внедрении серьезных изменений конструкций и технологии, в частности перепланировок, замены дорогостоящего оборудования, изготовления сложной оснастки, деталей трубопроводов и пр. Такие предложения быстро внедряются, особенно те, которые направлены на отмену операций и устранение деталей, например, при унификации.

— предусматривающие значительные изменения в технологии, но не требующие переутверждения технических условий, внесения изменений в стандарты, нормативные документы, регистрации в поднадзорных органах и т.п.

— серьезно изменяющие конструкцию, технологию, внедрение возможно только при серьезной модернизации.

На основании выбора того или иного предложения необходимо разработать план-график внедрения, определить ответственных со стороны поставщика и потребителя и включить предложения в план организационно-технических мероприятий по повышению эффективности производства, планы по новой технике, планы по экономии материалов, снижению трудоемкости и т.п.

Этап внедрения

Подразделения и службы предприятия, получившие плановые задания по внедрению изделия поставщика, выполняют его. Контроль осуществляется в плановом порядке.

Хочется сказать, что скептиков всегда будет много. Их основные высказывания сводятся к следующему:

— улучшать ничего не надо, все и так отлично и проблем у нас нет;

— улучшать нужно, но все равно не удастся;

— возможно, внедрение вашего продукта что-то и даст, но кто его захочет внедрять;

— захотеть, может, и захотят, но все равно не внедрят;

— если внедрят, то все равно экономического эффекта не будет;

— это работает на других предприятиях, а у нас особые условия;

— мы и без вас совершенствовали агрегаты, технологические схемы и т.п.;

— сначала докажите, что это реально, потом и внедрим;

— для внедрения вашей продукции нужны специально обученные особенные специалисты. У нас таких нет.

— Денег нет.

— Это слишком ново для нас.

— Дайте в опытную эксплуатацию, потом и решим.

По традиции и трудностей хватает. Ниже приведен их перечень на примере арматуры.

Этап мониторинга

По сути, этот этап является уже «последействием» продажи. Однако от его прохождения зависит, станет ли этот клиент для вашей компании постоянным, а ваше решение — стандартом для отрасли. На этой стадии резко возрастает роль сервиса, как с точки зрения оперативного реагирования на технические вопросы, дополнительного обучения, снижения возможных претензий и пр.

Хорошо проведенный мониторинг при первоначальном внедрении продукции зачастую дает одновременно и ответы на вопросы первоначальной эксплуатации и хорошие референцы и сторонников решения. Это оказывает большую поддержку продавцам в дальнейшем.

Мы подробно рассмотрели возможности применения одного из главных инструментов АРИнЗ — инженерно-экономического анализа для целей выбора наиболее эффективной продукции, способной быть и технически, и экономически состоятельной. Основой анализа является создание функциональной модели, отображающей неудовлетворенные и прогнозируемые потребности потребителей в инжиниринговом продукте, и нахождение технических решений, которые по своим потребительским свойствам будут превосходить существующие решения.

Для этих целей важно не только не пропускать ни одного основного этапа в разработке сложных технико-коммерческих предложений, но и внимательно изучать «расстановку сил» и организационно-технические трудности на предприятии. Важно и чаще практиковаться, как показано, например, в статье Горобченко С. Л. (см. ГоробченкоС. Л., Как разработать технико-коммерческое предложение с применением инженерно-стоимостного анализа в журнале ТПА экспресс №1\2013 стр. 53–59).

Чтобы добиться успеха в условиях конкуренции, анализ применимости предлагаемых решений по представленному механизму должен стать неотъемлемой частью подготовки внедрения сложных инжиниринговых решений.

Использованная литература

1. АльтшуллерГ. С., ЗлотинБ. Л., ЗусманА. В.. Поиск новых идей: от озарения к технологии (теория и практика решения изобретательских задач). — Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.

2. Герасимов В., ЗлотинБ. Л., ФСА в действии в журнале техника и наука, 1982 №11, с.10–12.

3. Горобченко С. Л. Как разработать технико-коммерческое предложение с применением инженерно-стоимостного анализа в журнале ТПА экспресс №1\2013 стр. 53–59.

6.1.2. Кейс. Практикуемся в разработке технико-коммерческого предложения на проектную спецификацию арматуры с применением инженерно-стоимостного анализа

Множество разработок комплексных и сложных технико-коммерческих предложений начинается с получения обычного запроса на предложение. Иногда даже не прилагается опросных листов. Как правило, специалисты равняются на известные им решения и вообще-то проверяют этим, а знаешь ли ты таковые решения. Конечно, есть и другой вариант «послушать, как у них там за бугром делается».

Часто советником является проектный институт, однако, он не является знатоком многих участков использования арматуры, и мы можем сказать, что проектные институты в свою очередь равняются на решения, разработанные еще в советские времена уже не существующими НИИ. За последнее время опыт применения арматуры уже во многом переместился в инжиниринговые и арматурные компании. С учетом растущей конкуренции инженерных решений, предлагаемых разными фирмами, и накопления опыта их внедрения, старые разработки институтов не могут быть и вовсе применены.

Тем не менее, на этом первом этапе уже ставится задача «как есть», и с этого момента начинается работа по проведению инженерно-экономического анализа с целью разработки наиболее конкурентного предложения (подробнее см. Горобченко С. Л. Практический маркетинг. Применение комплексного инженерно-экономического анализа для маркетинговых целей ТПА — экспресс, 1\2013). Ниже мы приводим пример разработки сложного коммерческого предложения, проведенного специалистами компании Метсо для одного из предприятий содовой промышленности.

После опроса специалистов немного кристаллизовались первые задачи.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Проект, включает в себя следующие задачи:

1. реконструкция цеха абсорбции и дистилляции по регулирующей арматуре

2. приведение в соответствие с требованиями Ростехнадзора по безопасности

3. замена запорной арматуры.

4. установка интеллектуальных позиционеров

Двигателем прогресса стали требования Ростехнадзора — не часто встретишь…

В рамках действующей реконструкции ставятся следующие задачи:

1. выполнение предписаний Ростехнадзора по повышению уровня безопасности.

2. установка современной системы АСУТП.

3. установка приборов КИП и А в рамках действующих проектов реконструкции.

4. снижение выбросов в т.ч. и по арматуре.

Важно, что в комплексе с КИП и А и вместе с системой АСУТП. Из этого следует, что требования к качеству регулирования и исполнительным механизмам будут на уровне.

Требования к запрашиваемой арматуре:

1. подготовка исполнения арматуры в соответствии с опросными листами (для бюджетного предложения).

2. применение современной арматуры

3. работоспособность в современных системах автоматизации управления и контроля техпроцессов.

4. смарт клапаны с интеллектуальными контроллерами, работающими на сигнале 4–20mA на основе HART-протокола.

5. V класс герметичности для 80% отсечных клапанов.

6. фланцевое исполнение.

Ключевое для нас слово смарт клапаны с интеллектуальными контроллерами прозвучало. Хотя и жаль, что «на основе HART протокола»…

Дополнительные положения, принятые во внимание.

1. Высокая экспортоориентированность (80% продукции идет на экспорт).

2. Сложность, непрерывность и взаимозависимость производств между собой.

3. Необходимость снижения потерь сырья и химикатов за счет повышения точности регулирования.

4. Необходимость уменьшения объема обслуживания арматуры и КИП.

5. Перспективность освоения современной смарт арматуры для дальнейших новых проектов.

Экспортоориентированность — первый признак того, что предприятие — серьезное. За рубежом не любят брака. Следовательно, и требования к качеству регулирования будут, по всей видимости, немаленькие…

На первом этапе нами была проведена большая информационно-аналитическая работа по поиску основных тенденций и типовых решений и цифр, отражающих современное состояние производств содовой промышленности. Для этих целей были привлечены консультанты КЦ Промконсалт ВШТЭ СПбГУПТД Санкт-Петербург. Выдержка из отчета приведена ниже.

Особенности содового производства

Производство кальцинированной соды по аммиачному способу включает в себя восемь основных переделов (отделений):

1. Получение карбонатного сырья на ГОКах.

2. Переработка карбонатного сырья: обжиг, охлаждение и очистка диоксида углерода, гашение извести с получением известковой суспензии.

3. Очистка рассола: взаимодействие сырого рассола с реагентами в реакторах и отстой рассола.

4. Абсорбция: отмывка в промывателях газов, выделяющихся на других стадиях от аммиака, двухстадийное насыщение раствора хлорида натрия (рассола) аммиаком и частично диоксидом углерода, поступающим со стадии дистилляции, охлаждение аммонизированного рассола.

5. Карбонизация: отмывка от аммиака газа, покидающего стадию карбонизации (сопровождается улавливанием небольших количеств диоксида углерода), предварительная карбонизация; карбонизация с выделением гидрокарбоната натрия в осадительных колоннах, компримирование перед подачей в карбонизационные колонны, диоксида углерода, поступающего со стадий переработки карбонатного сырья и кальцинации.

6. Фильтрация отделение гидрокарбоната натрия на фильтрах и отсос воздуха вакуум насосами.

7. Кальцинация: обезвоживание и разложение гидрокарбоната натрия в содовых печах, охлаждение и очистка диоксида углерода после содовых печей.

8. Регенерация аммиака (дистилляция) предварительный подогрев и диссоциация содержащихся в фильтровой жидкости карбонатов и гидрокарбонатов аммония в конденсаторе и теплообменнике дистилляции, смешение и взаимодействие нагретой жидкости с известковой суспензией в смесителе и отгонка аммиака.

Рис. 1. Технологическая схема производства кальцинированной соды

Что ж, специализация по химии в полном объеме. Нас ждет масса регулирующих и отсечных клапанов, способных работать в полупериодическом режиме и кристаллизующихся средах…

Технико-экономические показатели процесса получения соды.

Экономические показатели производства кальцинированной соды характеризуются следующими данными (данные по литературным источникам):

1. На 1 т продукта расходуется:

Начнем считать. В первую очередь по массовым технологическим потокам. Выделим, что в своем большинстве среда — рассольная и с наличием извести, а также наверняка и с абразивными шламами.

2. Энергетические затраты.

Как следует из описания — самый дорогой процесс — кальцинация. Здесь и будут лежать источники окупаемости клапанов и энергосбережения.

3. Фондоемкость производства соды

Надежда на энергетику не оправдается. Затраты не велики. Основная эффективность будет лежать в собственно регулировании параметров технологического процесса.

4. Сумма капитальных затрат по объектам основного производственного назначения распределяется следующим образом:

Основные капитальные затраты также лежат в собственно технологических линиях, а не вспомогательных, добычных или транспортных процессах. На таких предприятиях Технологи «правят бал».

5. Структура себестоимости соды кальцинированной характеризуется следующими данными, %:

Примерно также распределится и эффективность от работы арматурного хозяйства в целом. С учетом того, что"технология превыше всего", то задачей для арматуры будет не снижение расходов на содержание и ТО, а на снижение потерь в технологии (графа «сырье и материалы»).

6. Общая сумма затрат на 1 т соды распределяется по стадиям производства следующим образом, %:

Основные процессы — адсорбция, карбонизация, дистилляция и кальцинация занимают все эксплуатационные затраты на производство. И еще раз мы правы в том, что основное внимание при подготовке предложения нужно будет направлять на технологические эффекты и сверхэффекты.

7. Использование тепла в основных отделениях производства соды составляет в долях от общего теплопотребления, %

Если отдельно заняться клапанами для обеспечения подачи технологического пара и газа, то нас ждут обжиговые печи, кальцинация и регенерация аммиака и диоксида углерода. Остальные не интересны. Хотя в последнее время и охлаждающей водой можно заниматься, особенно там, где переводят охлаждение на испарительное охлаждение. Экономия воды — в 40 раз!

8. Определение технико-экономических показателей (ТЭП) в содопоташном производстве.

Выделяются до 100 технико-экономических показателей. Выделим наиболее существенные. Сопоставление отдельных видов технологических затрат для различных аппаратов показало, что при выпаривании стоимость пара составляет 81–87% от суммы технологических затрат на переработку растворов; при сушке 81–87% затрат приходится на долю мазута, при вакуум кристаллизации основной статьей расхода является стоимость воды (71–76%).

Эти данные можно использовать для выделения контуров, обслуживающих именно наиболее ресурсопотребляющие потоки и начинать работу именно с них.

Распределение переменной части технологических затрат на переработку содопоташных растворов показано в табл.1.

Табл. 1. Распределение переменной части технологических затрат

Затраты на пар — основные. Пар и ближе к технологии, чем вода и мазут. При этом все сосредоточено вокруг производства соды. Очень хорошо. Можно будет поискать специализированные решения из прошлого опыта проектирования.

9. Уровень автоматизации как часть ТЭП.

Уровень автоматизации достигает 75–76%, в т.ч. основных процессов (кальцинация, дистилляция) — 90–95%, уровень механизации в основных цехах достигает 71–72%.

Отрасль уже хорошо знакома с автоматизацией. Это важно. Более будет понятно, когда будем говорить о протоколах, нечувствительности, диагностике и пр. Это уже наша сфера и посмотрим на нее попристальнее.

Особенности систем автоматизации и регулирования содового производства

Производство соды относится к сложным объектам химической промышленности, эффективность работы которых может быть повышена путем установки эффективных автоматических регулирующих исполнительных устройств в АСУ ТП.

Характерными особенностями содового производства являются непрерывность и крупнотоннажность технологических процессов, значительное количество основных и вспомогательных отделений, отличающихся сильной взаимозависимостью. На каждое из них воздействует большое число разнородных возмущений. Характеристики самих технологических аппаратов являются нестационарными как по статическим, так и динамическим характеристикам, что требует постоянной корректировки технологических режимов и большего внимания к динамическому регулированию. Особенно важно отметить, самой характерной средой содового производства являются агрессивные, кристаллизующиеся и абразивные среды. В схемах работы имеются рециклы, связывающие режимы основных отделений, поэтому нарушение режима в одном из них приводит к нарушению нормального хода всего производства.

С точки зрения контуров регулирования и управления содовые производства имеют следующие особенности:

— Последовательная технологическая структура, при которой выход из строя или даже временная разгрузка одной из стадий приводит к резкому изменению работы всего агрегата.

— Значительное число параллельно включенных аппаратов в основных отделениях — абсорбции, фильтрации, дистилляции и карбонизации. Например, отделение карбонизации типового многоэлементного завода содержит три серии карбонизационных колонн. В свою очередь каждая серия состоит из 4 или 5 карбонизационных колонн, одна из которых работает в режиме предкарбонизации.

— Отсутствие промежуточных емкостей и жесткие связи между отдельными стадиями.

— Достаточно большие мощности агрегатов, определяющие необходимость длительного цикла непрерывной работы.

— Большое число точек контроля параметров технологического процесса, составляющее часто до 1000 позиций.

— Жесткие требования к качеству регулирования, поскольку нарушение технологического режима распространяются на смежные отделения и в конечном итоге могут приводить к нарушению режима производства в целом или значительным потерям.

1.1. Особенности производства кальцинированной соды.

Производство кальцинированной соды состоит из следующих этапов:

— абсорбции и очистки рассола

— карбонизации

— фильтрации

— кальцинации

— дистилляции

— гашения

— обжига.

Перейдем к клапанам.

Регулирующие клапаны для основного оборудования содового производства.

ИЗВЕСТКОВЫЕ ПЕЧИ

Состав исходных продуктов:

Мел CaCO3, на сухое вещество не менее 96%

SiO2 и нерастворимые в HCl примеси не более 2%

Топливо — кокс не более 82%

Зольность — 10,5%

влага — 5%

Летучие — 2,0

Сера 0,5%

Известковые печи

Температура в кожухе — не выше 70оС

Давление — 200–350 мм вод ст.

Вверху печи — 2–10.

Печной газ

Температура — не выше 150оС

Содержание на абсолютно сухой газ

СО2 — 33–35%

О2 0,5–1,5%

СО 0,5–2,0%

Пыли г\м3, не более 2,0

Газ после электрофильтра

Температура, оС:

— На входе 30–35

— На выходе 20–25

Разрежение, кПа (70–100)

Содержание СО2–32–34

Пыли не более 10г\м3

Участки регулирования

— Регулирование известково-обжигательных печей предусматривает поддержание стабильной нагрузки печей с учетом потребности в негашеной извести и поддержание оптимальных параметров процесса.

— Регулирование состоит из следующих подсистем:

— Расход воздуха

— Температура газа

— Давление газа в верхней части печи и выброс диоксида серы в атмосферу посредством дроссельных заслонок, степень открытия которых изменяется с помощью регуляторов давления.

— Регулирование подачи топлива.

— Регулирование на участках дутьевых вентиляторов, электрофильтра, промывателей и пр.

С учетом сказанного на этом участке сосредоточимся на стабилизации процесса. Они работают в стационарном режиме и, как правило, относятся к медленным процессам.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА

Получение известкового молока включает стадии гашения извести горячей водой и очистку известкового молока от крупных кусков необожженного карбонатного сырья, мелких зерен недопала, перекала и др. нерастворимых примесей.

При регулировании решаются задачи соответствия нагрузки в отделении гашения потребности в дистилляции в известковом молоке, а также поддержание постоянной концентрации гидроксида кальция в известковом молоке.

Участки регулирования:

— Регулирование расхода нагретой промывочной воды (слабое известковое молочко) для гашения

— Регулирование на участках промывки после сортировочного барабана

— Регулирование конденсатора

— Регулирование классификатора

— Вспомогательные контуры регулирования на мешалках, шаровых мельницах очистки от шлама, отбросной жидкости дистиллера, пара, дистиллерной жидкости, пробоотборники и пр.

Вот и пришли к сложным участкам. Известковое молочко — один из весьма сложных видов среды для регулирования.

Основными проблемами являются колебания титра молока, т.к. они усложняют дозирование молока в отделении дистилляции и увеличивают потери извести и аммиака с отбросной жидкостью дистиллера. В последней содержание свободного СаО может колебаться в очень узких пределах (1–2 н.д), т.е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения дистилляции известковое молоко разбавляется примерно 4 раза. Отсюда следует, что колебания титра молока, поступающего на дистилляцию, не должны превышать 4 н.д.

Титр молока регулируют расходом воды, подаваемой на гашение. Концентрация Са(ОН)2 измеряется каждые 30 мин.

Конечная температура молока (85–95%) в значительной степени зависит от температуры, поступающей на гашение воды, которая подогревается за счет тепла конденсации водяных паров, выходящих из гасителя. Для гашения используют подогретую воду из холодильников газа содовых печей или газа дистилляции.

Сложности для арматуры.

— Налипание и кристаллизация осадка.

— Сложная среда с большим количеством хлор-ионов, вызывающих значительную коррозию даже при высокой щелочности среды (рН 8–11,4).

— Истирание затворов и значительные трудности при страгивании затвора.

— Зарастание трубопроводов и, как следствие, уменьшение проходного сечения, что приводит к изменению пропускной способности и возможной потере линейности регулирования. Желательна регулирующая арматура с более широким диапазоном регулирования.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА СЫРОГО РАССОЛА

Технологическая схема очистки основана на осаждении с предварительной каустификацией содового раствора. Основной задачей регулирования является поддержание стабильности нагрузки по очищенному рассолу. Необходимая степень очистки рассола достигается стабилизацией концентрации рассола и дозирования осадительных реагентов в зависимости от нагрузки и постоянства температурного режима.

Участки регулирования

— Регулирование подачи содового раствора из декарбонизатора

— Разбавление очищенным рассолом известкового молока

— Регулирование подачи содового раствора и известкового молока в каустификатор.

— Регулирование узла отвода шлама

— Регулирование подачи реагентов и сырого рассола

Сложности работы арматуры:

— Инкрустация поверхностей при кристаллизации Ca(CO)3 и Mg (OH)2.

АММОНИЗАЦИЯ (АБСОРБЦИЯ) ОЧИЩЕННОГО РАССОЛА

Технологическая схема процесса абсорбции состоит из участка напора (напорный бак), промывателя воздуха фильтров, промывателя газов колонн, промывателей газа абсорбции, собственно абсорберов, холодильника газов дистилляции, холодильника аммонизированного рассола, сборника конденсата и сборника аммонизированного рассола.

Опыт эксплуатации показывает, что более 50% возмущений режима отделения карбонизации является следствием изменения качества аммонизированного рассола.

Задачами развития технологической схемы участка абсорбции являются повышение уровня регулирования процесса, в частности, за счет реализации схем воздействия на расход рассола, т.к. продолжительность и амплитуды переходных процессов в такой схеме значительно меньше по сравнению со схемой, в которой производится воздействие на нагрузку дистилляции.

Поскольку отделения аммиачного цикла в содовом производстве взаимосвязаны, то важно, чтобы нагрузки были согласованы в динамическом режиме регулирования.

Регулирование процесса

Задачей регулирования является получение аммонизированного рассола постоянного заданного состава путем поглощения всего поступившего на абсорбцию аммиака.

Участки регулирования

— Узел регулирования очистки отходящих газов от аммиака, включая промывку газов свежим рассолом, получения рассола с минимальным содержанием аммиака, охлаждения и отвода тепла при растворении NH3 и СО2 в рассоле и конденсации водяных паров.

— Регулирование температуры рассола на выходе из абсорбера

— Регулирование температуры рассола на входе в абсорбционную колонну

— Регулирование температуры на выходе из промывателя газа

— Регулирование вспомогательных контуров

— Регулирование давления и температуры для стабилизации состава парогазовой смеси, поступающей из отделения дистилляции на абсорбцию через регулирование подачи охлаждающей воды, и степень открытия заслонки на газопроводе, отводящем газ к вакуум насосам.

— Регуляторы температуры рассола

— Регуляторы температуры воды в холодильники

— Регулятор уровня рассола в напорном баке

Какое разнообразие!

КАРБОНИЗАЦИЯ

Является ведущим отделением содового производства. Технологическая схема состоит из колонны предварительной карбонизации, промывателя газа колонн, осадительной карбонизационной колонны, холодильника, трубопровода подачи смешанного газа, подачи газа известковых печей.

Ведущим потоком отделения карбонизации принимается поток диоксида углерода, поступающего из отделения кальцинации.

Регулирование

Решаются задачи поддержания стабильных и оптимальных параметров технологического процесса. Обеспечивается соответствие между количествами подаваемого диоксида углерода и аммонизированного рассола.

Узлы регулирования

— Регулирование постоянного уровня жидкости в колонне

— Регулирование расхода и давления, температуры жидкости на входе, газа на входе,

— Регулирование расхода, давления и температуры жидкости на выходе, газа на выходе

— Регулирование подачи охлаждающей воды и воды на выходе из холодильников.

— Регулирование разбавления и поддержания стабильной концентрации ионов Cl-.

— Регулирование выдуваемого аммиака

— Регулирование параметров вакуум фильтров

— Регулирование уровня

— Регулирование вспомогательных участков

Клапаны систем выпуска газов в атмосферу в связи с наличием экспанзерного газа, содержащего H2, H2S, CO.

Сложности при регулировании

— Множество взаимосвязанных узлов.

— Барботажные узлы, приводящие к повышенной вибрации.

Сложности для арматуры

Основной проблемой является кристаллизация и инкрустация поверхностей гидрокарбонатом натрия, кристаллизующегося из раствора с образованием отложений кристаллической массы. В процессе рабочего пробега колонны происходит зарастание ее внутренней поверхности и поверхностей холодильных трубок отложениями бикарбоната натрия, что приводит к изменению условий пребывания жидкости в колонне, условий охлаждения и, как следствие, условий абсорбции СО2 жидкостью. Карбонизационные колонны каждой серии последовательно, по мере окончания рабочего цикла переключаются на промывку.

Таким образом, частые остановы с целью промывки отложений и повышенная цикличность работы арматуры является особенностью процесса. Так без промывки колонна работает не более 3х-4х суток. Промывка может длиться 16–20 ч. Количество колонн для обеспечения непрерывности процесса составляет не менее 4-х ед.

При расчете арматуры необходимо использовать данные по цикличности работы арматуры в связи с частыми отключениями каскада колонн для промывки.

КАЛЬЦИНАЦИЯ

Технологическая схема процесса кальцинации состоит из следующих узлов: смесителя, питателя, вакуум-фильтра, скребкового транспортера, бункера, шнековых транспортеров, транспортных труб, циклона, коллектора газа содовых печей, холодильника газов содовых печей, промывателя газов содовых печей, сборника слабой жидкости, элеватора, выгружного шнека, газоходов, содовой печи и топки.

Критичной является работа вакуум-фильтра.

Регулирование.

Задачами регулирования являются стабильная работа вакуум-фильтров, и регулирование важных параметров, например, уровня суспензии в корытах вакуум-фильтров, давления воздуха на продувку фильтрующего сукна, уровень промывной воды в напорном баке, расход воды на промывку NaHCO3, поддержание уровня вакуума, стабилизация уровня на линии подачи суспензии.

Узлы регулирования.

В содовых печах

— Регулирование топлива мазута и природного газа

— Регулирование подачи воздуха

— Отвода отходящих газов.

Паровой кальцинатор (как альтернатива содовым печам)

— Регулирование подачи пара

— Регулирование отвода конденсата.

Вакуум-фильтр

— Подача NaHCO3.

— Регулирование расхода промывной воды

Циклон

— регулирование подачи газа с известковых печей

Холодильник газа содовых печей

— Регулирование расхода охлаждающей воды

— Регулирование подачи газа из коллектора газа содовых печей

— Регулирование подачи воздуха в аппараты охлаждения соды с кипящим слоем.

Вспомогательные контуры

— Пневмотранспорт

УЧАСТОК ДИСТИЛЛЯЦИИ

На участке происходит регенерация аммиака из фильтровой и других жидкостей содового производства. Технологическая схема включает дистиллер, теплообменник дистилляции, узел внешнего перелива жидкости, конденсатор дистилляции, напорный бак, мешалку известкового молока, смеситель, испарители, пескоуловитель.

Регулирование

Задачей регулирования является оптимизация и поддержание стабильных параметров отгонки NH3 и СО2. Обеспечивается регулированием расходов фильтровальной жидкости, пара и известкового молока, а также регуляторами давления пара в общем паровом коллекторе и уровня фильтровой жидкости в напорном резервуаре.

Узлы регулирования

Конденсатор дистилляции

— Регулирование подачи парогазовой смеси, фильтровальной жидкости и охлаждающей жидкости

Теплообменник дистилляции

— Регулирование нагревания жидкости и подачи парогазовой смеси

— Регулирование уровня

Дистиллер

— Регулирование отгонки аммиака из жидкой фазы

— Регулирование подачи парогазовой смеси

Смеситель

— Регулирование расхода фильтровальной жидкости и известкового молока

Сложности работы арматуры

Образование гипсовых отложений на рабочих поверхностях арматуры. Необходимость шабрирования как седел, так и поворотного затвора. Избегание подпружиненных седел. Большее внимание к эрозионно-коррозионному износу поверхностей. Вероятность заклинивания, как по седлу, так и по поворотному затвору из-за образования отложений.

Влияние изменений в производительности и маневренности производства

Учитывая как рост производительности, так и ее частое изменение в зависимости от рыночных условий, часто задаются требования частого изменения нагрузки.

Применительно к клапанам это означает требование расширения диапазона регулирования. Это, в свою очередь, приводит к росту использования специализированных клапанов с расширенными расходными характеристиками.

Требования к устойчивости поддержания процесса

Большое значение начинает иметь также и поддержание устойчивых характеристик регулирования с ростом срока эксплуатации. Так, на основе анализа до 500 смен было выявлено, что среднемесячные потери по выпуску кальцинированной соды на одном из заводов составляли до 8% из-за отклонений технологического режима.

Многие из них можно было бы предотвратить, если реализовывать систему технической диагностики, в т.ч. и клапанов. Потери также значительно уменьшатся как за счет сокращения времени на поиск и ликвидацию, так и за счет предотвращения наступления отклонений. Для этого нужны смарт клапаны с развитой диагностикой.

Ужесточение экологических требований

Резкое ужесточение экологических требований привели к тому, что для опасных производств могут применяться клапаны с экологическими сертификатами, сертифицированными на отсутствие выбросов. Для примера, такие клапаны могут быть установлены на участках аммиака и подачи аммиачных рассолов, экспанзерного газа и др., имеющих высокую опасность для персонала. В частности, кратность воздухообмена, требуемая по нормам и СНиП должна составлять не менее 8–10.

Действительно так. Принятие обязательств по снижению экологического риска часто обязывает компании выделять в опасных производствах зоны и системы безопасности, где диагностика клапана должна проводиться на основании специализированных диагностических комплексов без нахождения оператора в опасной зоне.

Подходы к арматуре на основе высокого уровня автоматизации

Спецификой технологических схем содового производства является многоэлементность и, соответственно, как объект управления перед АСУ ТП, оно ставит задачи распределения и согласования нагрузок элементов технологического процесса и отделений.

Дальнейшее совершенствование АСУ ТП связано с расширением функциональных возможностей. Появляются аппараты большой единичной мощности, усложняется технология, создаются замкнутые оборотные циклы производства с целью достичь по возможности полной безотходности производства. Существенное значение в последнее время стали иметь вопросы энергосбережения и энергоэффективности, повышения уровня промышленной безопасности.

С необходимостью совершенствования АСУ ТП связано и появление децентрализованных систем управления. Функции в них значительно перераспределены. Первичная обработка информации осуществляется в автономных процессорах, а центральный процессор берет на себя решение только наиболее сложных задач. Клапан с насыщенной интеллектуальной частью также выполняет ряд диагностических и других задач, которые ранее выполнялись только системой автоматизации.

К слову сказать, если будет принята концепция распределенных систем управления с большой степенью ответственности полевого уровня автоматизации, то система диагностики FIELD CARE легко впишется в такую АСУ ТП.

Учитывая эти факторы, появились новые подходы на основе цифровых сигналов, реализуемых полевыми шинами для лучшего контроля за технологическими процессами. Они с успехом заменяют традиционные щитовые способы представления информации с большим числом операторов, отвечающих только за работу отдельного производственного участка. Это не обеспечивает требуемой согласованности и оперативности в управлении крупнотоннажными агрегатами. Большое число параметров, которые должны контролироваться и диагностироваться, привели к внедрению исполнительных устройств и средств автоматизации на основе возможностей современных АСУ ТП, построенных на высоком уровне обработке информации.

Таким образом, небольшой конфликт уже налицо. Современные распределенные системы автоматизации требуют и цифровых исполнительных устройств, а не достаточно устаревшего HART протокола…

Изменения в связи с ростом степени автоматизации

Благодаря появлению в системах автоматизации дополнительных функций, насыщенность технологических схем исполнительными и регулирующими органами значительно возросла. Количество регулирующих клапанов и функционально связанной с ними запорной арматуры также резко возросло, в связи, с чем актуальным становится вопрос использования клапанов и арматуры, имеющих значительно большую способность к интеграции в системы АСУ ТП, но и желательно, обладающих одновременно и регулирующей и отсечной способностью. Такие решения уже есть, например, у компании Jamesbury.

Рис. 2. Клапаны с конструктивными элементами, предназначенный для интеграции в системы автоматизации.

Изменения в арматурном хозяйстве предприятий

За последние 10–15 лет произошли существенные изменения в арматурном хозяйстве предприятий химической отрасли. Наблюдается устойчивая постоянная тенденция к замене клапанов возвратно-поступательного действия поворотной арматурой. Это особенно выражено в регулирующей арматуре. Возросла роль автоматизации в диагностировании массы однотипного оборудования в т.ч. и (арматуры), постоянно осуществляется перевод систем на цифровую обработку сигналов.

Наверное, можно сказать, что вторая по приоритетности задача будет — уменьшение затрат на обслуживание через полное применение автоматизации диагностики клапанов.

Широкое применение поворотной арматуры и замена седельных клапанов и задвижек

Если в старых решениях в основном применялись вентили, шиберные и клиновые задвижки и только мембранные и поршневые приводы и аналоговые позиционеры, в независимости от типа контура, то в настоящее время выделяются критические контуры регулирования, где необходимость снижения колебательности процесса наиболее высока. Это особенно связано с ростом использования в схемах автоматических анализаторов, а также увеличением числа измерительных контуров в целом. Для таких контуров регулирования все больше применяются специализированные мембранные приводы (для четвертьоборотных клапанов) и интеллектуальные цифровые позиционеры с применением системы диагностики.

Наиболее серьезным преимуществом поворотной арматуры в кристаллизующихся и загрязненных средах содового производства может быть малая площадь износа, концентрирующаяся только в месте трения и не являющаяся лифтом абразивных частиц к сальнику как в случае с клапанами возвратно-поступательного типа.

Будем использовать эти преимущества специальной арматуры Метсо, см. рис.3.

Рис. 3. Преимущества работы поворотной арматуры в тяжелых средах.

Эффективное применение поворотной арматуры должно привести к стабилизации области износа, росту количества циклов срабатывания, меньшим простоям, снижению затрат на техническое обслуживание и увеличению непрерывной работы. Ниже показываем иллюстрацию, рис.4.

Рис. 4. Сравнение поворотной и линейной арматуры. Большее число циклов при непрерывной работе — меньше простоев.

Специализация клапанов и специальные клапаны для сложных сред

Для сложных сред (перекись, щелочи, хлор, хлорсодержащие среды) созданы клапаны, имеющие высокий уровень защищенности, начиная от качества арматурного литья и до систем диагностики, сертифицированных по международным нормам безопасности, включая хлорбезопасность. Важность этого вопроса, где 95% сред имеют ионы хлора, наверное, не вызывает сомнений, рис.5.

Рис. 5. Клапан Jamesbury, сертифицированный для работы в щелочных производствах

Изменения в расчетах клапанов

Значительно усовершенствовались системы расчета регулирующих клапанов для сложных сред в т.ч. и химических производств. Только за последние несколько лет количество протестированных и теперь успешно рассчитываемых сред программой Nelprof выросло до 500, как и возможности коррозионного расчета материала относительно конкретных параметров среды и ее протекания через клапаны, рис.6.

Рис.6. Современные системы расчета клапанов на основе моделирования

Рис. 7. Характеристики разных типов клапанов

Все это без сомнения даст определенные преимущества для подготавливаемого предложения, особенно в качестве регулирования и повышения точности, рис.8

Рис. 8. Уменьшение вариабельности процесса при замене седловых клапанов на высокоточный клапан Neles ACE

Повышение интеллектуальности арматуры

Увеличение интеллектуальности и сложности клапанов, повышение требований к надежности и высокой скорости обработки информации привели к необходимости развития диагностики и сервиса. Для этих целей все больше привлекаются квалифицированные и сертифицированные производителем специалисты сервисных центров. Для поддержки клапанов в эффективном рабочем состоянии и с ростом использования цифровой технологии практически обязательным становится использование встроенных систем диагностики.

Происходит постоянное совершенствование самих клапанов и их инструментария. Наибольшему изменению подверглись приводы и позиционеры, в которых все большую роль начинают играть цифровые позиционеры и приводы с минимальным трением и повышенной точностью выполнения задания. Системы пневматики и преобразования сигнала уже стали единым целым и все больше сочетаются с приводом, также полностью интегрируясь в единый преобразовательный блок. Для опасных производств разработаны специальные позиционеры и устройства интеллектуальной отсечки во взрывозащищенном исполнении, рис. 9,10.

Рис. 9. Система диагностики отсечных клапанов для опасных производств

Рис. 10. Позиционер ND во взрывобезопасном исполнении для опасных производств

Хотя для любого западного инвестора важность этого вопроса не вызывает сомнений, однако для предприятия, желающего шагнуть из 60-х годов 20-го века сразу в 21-й век, наверное, этот переход будет слишком тяжел. Ведь чтобы так широко шагнуть, нужно иметь и образованный по цифровым технологиям персонал, и вытекающую из его желаний зарплату, культуру производства и пр. Правда и ответ напрашивается сам собой — сделать проект вместе с внешним сервисным обслуживанием, когда бы цифровая арматура обслуживалась бы специалистами, имеющими знание и опыт. Но посмотрим…

Изменение требований к КИП и А

Учитывая более высокие требования цифровых устройств к воздуху, предприятия одновременно с модернизацией контуров регулирования проводят и дополнительные мероприятия по подготовке воздуха, одновременно модернизируя системы подготовки инструментального воздуха, или устанавливая фильтры-регуляторы, как на сами клапаны, так и на системы пневмораспределения в целом.

Объем вспомогательных работ может существенно увеличиться и бюджет слишком вырасти. Хотя это, по сути, и не наш вопрос, однако, он может повлиять на решение предприятия.

Изменения в подходе сервису и ремонту

Необходимость снижения издержек за счет повышения ремонтопригодности. Снижение издержек также достигается и применением ремонтопригодной арматуры, где обслуживание и замена внутренних частей может производиться непосредственно на линии. Это — верхний вход на клапане, или простота разборки для поворотных заслонок, а лучше не снимать, а диагностировать…

Повышение требований к унификации

Требования к надежности и сокращению издержек с уменьшением числа производителей качественной арматуры приводят к необходимости дальнейшей унификации клапанов. Целью при этом является выявление дополнительных резервов по снижению эксплуатационных затрат. Производители стремятся разработать многофункциональные, но стандартные клапаны модульного исполнения, в которых внутренние элементы могут заменяться в зависимости от требований конкретного технологического процесса.

Далекое ли это будущее, когда моральное устаревание будет столь быстрым, что даже производители собственных клапанов не будут за ним поспевать. Чтобы немного снизить напряженность этой проблемы, тем более для предприятия, заложившего отдачу от инвестиций за длительное время, этот модульный подход и взаимозаменяемость элементов внутри модуля — спасение.

Изменение в подходах к закупкам и инвестициям

Выделение арматуры и КИП в отдельную спецификацию. Арматура, как один из специализированных элементов технологической линии все более часто выделяется в отдельную спецификацию, что позволяет очень индивидуально применить системы диагностики, сервисного обслуживания, обменного фонда. В то же время клапаны и арматура мировых производителей, выполняемая по проверенным интерфейсам, позволяет работать с различными системами автоматизации.

Все это вытекает из унификации. Она позволяет получить, и диагностику, и консигнационный склад, и обменный фонд. Наша цель будет — максимальное доказательство этого тезиса.

Экономия за счет снижения издержек за весь срок жизни проекта

Несмотря на рост стоимости интеллектуальных клапанов и систем обслуживания, компании находят значительную экономию за счет уменьшения простоев, снижения колебательности процесса, ужесточения технологических параметров, уменьшения неоправданных перерасходов материала, снижения потерь, уменьшения объема хранения запчастей и др.

Рис. 11. Снижение стоимости владения.

Максимальные затраты приходятся на технологические потери, а при расчете издержек на клапан — на обслуживание и ремонт. Их снижение позволит существенно уменьшить стоимость владения арматурой за весь цикл проекта. Наш инжиниринговый смарт калькулятор должен сыграть здесь свою роль. Тогда и финансистам будет легче показать истинные затраты, например, рассчитанные на тонну продукции за срок жизни проекта.

Рис. 12. Эффективность внедрения сервисного обслуживания на основе плановой диагностики

Источники экономического эффекта при модернизации производства с применением интеллектуальной арматуры и цифровых позиционеров ND 9000.

1. Снижение потребления сырья и дорогих химикатов за счет уменьшения погрешности регулирования с 3–5% до 1–1,5% (до 80% от общего экономического эффекта).

2. Повышение выхода кристаллов соды оптимального гранулометрического состава, особенно, по колоннам за счет повышения точности регулирования во взаимосвязанных контурах.

3. Снижение затрат на обслуживание и повышение долговременной стабильности технологического процесса при переходе на цифровые позиционеры с плановой диагностикой.

Еще один важный элемент подготовки предложения — это анализ референцев. Рассмотрим референцы Метсо в содовой промышленности. Метсо работает с основным производителем соды в мире — Бельгийской группой Solvay. Некоторые из 42 предприятий SOLVAY, с которыми работает МА:

SOLVAY SODI, Devnya, Bolgaria

SOLVAY SANAI, Turkey

SOLVAY SODA GMBh, Rheinberg, Germany

SOLVAY Corporation, Brussel, Belgium

SOLVAY, Rosignano, Italy

SOLVAY, Portugal

SOLVAY, Poland

SOLVAY SODA CARBONATE, Alexandria, Egypt

SOLVAY CARBONATE FRANCE, Dombasle, France

SOLVAY IBERICA, Martorell, Spain

Референцы — это самое главное. Предприятия — не научная лаборатория, где можно проводить опыты. А передача на тестирование в опытную эксплуатацию — долго, накладно и неопределенно. Если у вас есть работающие решения — это большая вероятность того, что они будут приняты и на новом предприятии.

Эти положения были использованы в качестве базовых для подготовки предложения по арматуре для содовых производств и применяемых решений, приведенных как в базовом техническом предложении, так и в предложениях по совершенствованию контуров регулирования.

Таким образом, уже на предварительном (подготовительном и информационном) этапе удалось собрать достаточно информации для анализа возможностей использования современных инжиниринговых решений для данного производства. Отметим, что этот этап по напряженности работы и отличимых выводов для дальнейшей проработки со специалистами является наиболее тяжелым и трудоемким. Невидимыми нитями он связан с решениями, которые предлагают конкуренты и собственным видением специалистов, что может абсолютно не соответствовать выводам и последующим решениям, предлагаемым компанией.

За предварительным этапом последовала следующая часть анализа, основанная уже на опросных листах, присланных специалистом КИП, которому было поручено провести работу по получению предложений. С ним же велась значительная по объему предварительная переписка, во многом основывающаяся на диагностических вопросах (см. табл. «Контрольные вопросы в Горобченко С.Л, Применение комплексного инженерно-стоимостного анализа для маркетинговых целей, ТПА — экспресс 1\2013»). Они суммировались в следующие проблемные пункты:

Особенности примененных технических решений по регулирующим клапанам по представленной спецификации

КЛАПАНЫ

1. Большое количество примененных седловых клапанов.

1.1. В частности, для регулирования, там, где могут быть применены поворотные клапаны с большей способностью к регулированию и большей эффективностью. Общее количество регулирующих клапанов по спецификации составило 70 ед. отсечных по лоту 167 ед. из них значительное число — седловых линейных клапанов и задвижек. Имея в основном линейную собственную характеристику, седловые клапаны задают значительные нелинейности и возмущения в контурах.

1.2. Отсутствуют требования по степени линейности характеристики, например: «не менее чем до открытия 60% или выше».

1.3. Проблемой при использовании седловых клапанов могут стать протечки через узел «шток — сальник». Отмечено, что основные выбросы в цеху происходят через регулирующие седловые клапаны.

1.4. При использовании седловых клапанов дополнительной проблемой может стать необходимость постоянных перенастроек для соответствия заданному сигналу. Косвенно, специалисты КИПиА могут стремиться к установке т.н. наиболее «слабых» настроек, что снижает быстродействие систем и приводит к потере качества управления. Если настройки не меняются, то качество управления, как правило, падает. Для устранения подобных явлений, необходимо периодически проводить диагностику работы на соответствие выполнения сигнала заданию. Эффективность применения современной системы АСУ ТП при слабых настройках будет резко снижена. Пример анализа роста дисперсии ошибки со временем из-за слабых настроек показан на рис. 13 (по данным КЦ Промконсалт ВШТЭ СПбГУПТД, Санкт-Петербург).

Рис. 13. Зависимость дисперсии ошибки от коэффициента усиления К при различных возмущениях.

Ниже и доказательство этого, построенного на анализе внедрения многих АСУ ТП с разными исполнительными устройствами. Заметно падение эффективности применения современной системы АСУТП при применении неэффективных исполнительных устройств, рис.14.

Рис. 14. Графики изменения показателей П1, П2 и П3 проекта АСУ ТП при различных вариантах модернизации регулирующей арматуры

1.5. В спецификации отсутствуют требования к позиционированию клапанов и позиционерам, способным работать в современных АСУ ТП.

1.6. При использовании седловых клапанов вероятно увеличение требований к насосам, чтобы обеспечить преодоление появляющихся дополнительных гидравлических сопротивлений. Гидравлическое сопротивление седловых клапанов достигает 4–6, тогда как у полнопроходных шаровых кранов и заслонок — 0,2.

1.7. Для уменьшения гидравлических сопротивлений будет выгоднее работать не в традиционной области 50–60% открытия, а выше.

2. Наличие большого числа элементов, имеющих значительные возможности для унификации, например, поворотные заслонки для регулирования и отсечки в ручном и автоматическом исполнении могут быть унифицированы.

3. Применение в схеме клапанов в варианте «отсечной — регулирующий», особенно для участков с обратным противодавлением среды.

4. Использование специализированного решения с фланцами.

ТРУБОПРОВОД

— Установка новых клапанов в существующую трубопроводную обвязку. При этом заужение трубопровода для обеспечения регулирования (по опросным листам) может достигать более 50%.

— Зарастание трубопровода является одной из главных проблем. Степень зарастания трубопровода может достигать 70%. Пример по опросу специалистов: зарастание трубопровода 600 мм в диаметре с уменьшением диаметра до 100 мм.

— Необходимость учета обслуживания трубопровода с применением заглушек.

— Большая доля чугунных трубопроводов.

— Требование повышения коррозионностойкости для участков аммонизированного рассола. Аммонизированный рассол представляет собой агрессивные растворы из САР с температурой до 70оС и жидкость ПГКл-1 с температурой до 38–40оС.

ТЕХПРОЦЕСС

1. Высокая вероятность изменения показателей регулируемой среды в зависимости от минимального изменения параметров среды и технологического режима.

2. Высокие максимальные расходы для многих контуров подачи газовых сред. При этом имеется значительная разница между максимальным и минимальным расходом.

3. Наличие участков с вредными условиями труда в связи с высокой вредностью производства. Высокий класс герметичности для участков подачи ядовитых сред, характеризующихся высокой щелочностью. Наиболее характерными средами являются Н2S и NH3.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ

1. Проблемы с наличием обученного персонала.

2. Несмотря на заявленные требования по безопасности — отсутствие требований по сертификации по ограничению выбросов, например, сертификации по летучим выбросам (fuggitive emissions).

3. Наличие значительных неопределенных вибраций трубопровода, гидроударов, срывов потока.

4. Отсутствуют требования к эксплуатации, обслуживанию и сервису клапанов.

5. Требование большего внимания к обслуживанию арматуры, в частности, снижения веса. Это позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала до 1 человека вместо 2-х и более.

6. Быстрый износ клапанов приводит к выходу из строя клапанов в течение до 2-х мес. (известковое молочко).

Проблема выбора клапанов для спецификации, понятая как одна организационно-техническая проблема, была обобщена, как показано на рис.15.

Рис. 15. Диаграмма Исикавы организационно-технических проблем на содовом предприятии

Проблемы оказались во многом взаимосвязаны. По экспертным оценкам специалистов предприятия в большей степени регулирующая арматура оказалась связана с техпроцессом и эксплуатацией. Запорная арматура — с трубопроводом.

В целом, решения по клапанам и системе автоматизации оказались очень старыми. Так, управление основывалось еще на пневмосхемах разработки 70-х годов. Осознавая свое отставание, предприятие стремилось внедрить современную технологию на основе современных сетевых решениях АСУ ТП.

Настала пора познакомиться с предприятием поближе и узнать расстановку сил на предприятии. Основные проблемы при внедрении новых клапанов заключаются в т.ч. и в том, насколько специалисты подготовлены к новым решениям и какие уже доминанты находятся в их головах. Анализ «поля сил» и основные приоритеты предприятия, которые связаны с возможностями современной арматуры, и на которые можно было бы опереться при подготовке предложения, являлось основной заботой.

Поскольку мы получили ответы в основном от отдела КИП, то за бортом осталось мнение производств, механика, компании–интегратора АСУ ТП, и непосредственно главных специалистов и главного инженера. Степень их влияния в принятии решения также неизвестна. Как известно, эксплуатация и технологи могут быть и королями мнений и бюджетов, а могут и полностью зависеть от непроизводственных служб.

ВПЕРЕД В «ПОЛЕ»

Спланирована командировка и наши специалисты выехали на предприятие. Проблемы, как мы и ожидали, подтвердились. Старое предприятие, желающее стать более конкурентоспособным, имеющее большой потенциал экспорта, но имеющее и все проблемы, характерные для старых постсоветских промышленных гигантов.

Первый день полностью провели на ногах, общаясь по возможности со всеми специалистами, которые будут привлечены к реконструкции. Пройдены все участки, где планируется установка новой системы автоматизации и клапанов, проведены встречи с большинством начальников цехов, механиками, технологами и киповцами.

На встречах не раз боролись мнения технологов и эксплуатации, КИПа и механиков. Яркая картина противостояния различных мнений, где, похоже, решающее слово будет за эксплуатацией. Однако своего слова не сказал еще главный инженер, и мы знаем, что на вертикально-интегрированных предприятиях с Советской школой мнение руководства может быть определяющим. Намечено совещание, на котором будет заслушана наша компания, и мы должны предложить наиболее сильное решение, удовлетворяющее всех специалистов.

Важным дополнением к информации, которую мы получили от отдела КИП, стало то, что до сегодняшнего дня ни у одного из специалистов нет уверенности в том, какие клапаны могут действительно работать на таких сложных кристаллизующихся средах с высокой вероятностью быстрого зарастания, как сода. Предприятие использовало множество клапанов от различных производителей и так и не нашло подходящего. В связи с этим не раз звучало, что мы должны поставить клапан на испытание. Определились и другие проблемы, связанные с предыдущим опытом предприятия.

ИНЖЕНЕРНО-СТОИМОСТНОЙ АНАЛИЗ

Наступила очередь настоящего инженерного анализа опросных листов и разработки общих технических положений для последующей подготовки ТКП. При анализе опросных листов поэлементному анализу подвергся каждый из типов установленной арматуры и причины его установки. Особое внимание уделяли при этом несоответствию между типом устанавливаемого клапана, его стоимостью и его функциональной значимостью для процесса регулирования, возможности работы в кристаллизующейся среде и другим критериям, вызывающим повышенную озабоченность специалистов. Схема типовой ранее используемой и предлагаемой арматуры показана на рис.16.

Рис. 16. Общий вид используемого клапана

Для проведения поэлементного анализа и сравнения с возможными проблемами, которые могут возникнуть при эксплуатации в аммиачной воде и кристаллизующихся средах из инструкции по эксплуатации был взят поэлементный чертеж клапана, рис.17.

Рис. 17. Сборочный чертеж клапана

Одновременно из инструкции по эксплуатации были выделены основные сведения, касающиеся запчастей, неисправностей и способов их устранения, рекомендуемых заводом-изготовителем. Данные по основным узлам были сведены в матрицу функций, с целью дальнейшего проведения поэлементного анализа.

Табл. 1. Матрица функций элементов арматуры

Прим.* О — основной элемент; В — Вспомогательный элемент; Вр — оказывающий вредное воздействие

Функциональный поэлементный анализ

Разбиение элементов на основные и вспомогательные позволяет провести их функционально-стоимостной анализ поэлементно. Основными элементами клапана являются рабочий орган и седло, как функциональный центр клапана, относительно которого и происходит все регулирование. Шток, сальники и подшипник, обеспечивают «силовую» и «трансмиссионную» часть клапана и работу рабочего органа. Наконец, вспомогательную функцию объединения всех деталей и направления потока в рабочую зону рабочего органа и седла обеспечивает корпус. Роль фланца состоит в обеспечении крепления клапана к трубопроводу. Разберемся в их роли подробнее и поищем, где есть разрывы между стоимостью узла (элемента) и его вкладом в выполнение полезной функции.

Первым из таких элементов выступал собственно тип клапана. Седловой клапан, как показанный на рис.18, не имеет возможности регулировать при сложном переменном составе среды. На нем происходит залипание и кристаллизация среды, со значительным уменьшением условного прохода. Значительные гидравлические сопротивления не дают возможности использовать все сечение трубопровода для перекачки дисперсных кристаллизующихся сред. Тем более невозможно сэкономить на уменьшении энергопотребления насосами.

Чтобы обеспечить работоспособность клапана в условиях абразивного износа, проектанты часто приравнивают эти условия к максимально жестким и, соответственно закладывают максимально жесткие конструкции клапанов. Например, ими могут быть пробковые клапаны. Однако среда забивается под конус, а высокая поверхность соприкосновения в этом случае создает «лучшие» условия для забивания трущихся поверхностей седла и конусной пробки и последующего непременного заклинивания.

Таким образом, жесткие конструкции клапанов не подходят. К тому же любое сужение, перегибы проточной части, как показано в вентиле, помогают абразивному износу. Оптимальным решением была бы полностью проходная проточная часть.

Вторым из таких элементов с непропорционально высоким вкладом в стоимость клапана и выполняемой функцией оказался фланец клапана. Основная функция фланца — обеспечивать присоединение арматуры к трубопроводу и гарантировать его безопасную эксплуатацию. Но при рабочих давлениях не выше 1–3 Бар, можно обойтись и без фланца на клапане, что существенно снизит его стоимость. Различные вибрации, возникающие в трубопроводе, хорошо гасятся все больше внедряемыми спирально-навивными прокладками. А ведь стоимость фланца в клапане весьма высока и часто поднимает его стоимость более чем на 30%. Явный разрыв. Нет фланца — есть экономия. А бесфланцевый клапан при таких давлениях вполне применим.

Третьим элементом был собственно шток и трудности его уплотнения в таких кристаллизующихся средах. Движение такого штока вверх-вниз с налипшей на него средой всегда приведут к повышенному износу сальникового уплотнения, а за ним и к утечкам и заклиниванию. Собственно цепочка — «седловой клапан (типа вентиля)» — «проблемы утечки и заклинивания» — «проблемы износа штока и уплотнения» взаимосвязаны. Корнем проблемы является возвратно-поступательный тип клапана.

Четвертым элементом с непропорционально большим вкладом в стоимость арматуры оказался корпус и, особенно, материал корпуса. Была применена нержавеющая сталь. Поиск данных по коррозионной стойкости различных материалов в используемых щелочных средах показал, что в своем большинстве может быть применена углеродистая сталь. Она имеет большую прочность и твердость по сравнению с обычно применяемой нержавеющей сталью, и способна значительно больше сопротивляться коррозионно-эрозионному износу. Здесь удалось найти значительно большую почву для экономии по сравнению с другими элементами.

Несмотря на очевидность необходимости корпуса для формирования потока, корпус — это вспомогательная деталь. При этом корпус — самая дорогая, самая сложная в изготовлении и материалоемкая деталь, достигающая до 70% стоимости изготовления всего клапана. Чем меньше корпуса, тем лучше. Чтобы реализовать это на практике — нужно упростить форму, лучше до формы, близкой к трубопроводной, обеспечить полнопроходность, уменьшить размеры, например, за счет устранения фланцев и передачи их в трубопровод (т.н. прифланцовываемое исполнение).

Как видно, рабочий орган и седло оказывают не только положительное (регулирующее воздействие), но и из-за дросселирующего эффекта они могут оказывать отрицательное воздействие на среду после себя, например, при неправильном расчете вызывая значительную нелинейность, автоколебания, в критичном случае — кавитацию, вскипание, слишком значительное падение давления и пр. В связи с этим и, учитывая характер среды, лучше работать в верхней части диапазона регулирования.

Как видно, многие проблемы тянутся одна за другой и представляют собой одну цепочку, упирающуюся в неправильно когда-то подобранный тип клапана. Лучшим решением может быть такая конструкция клапана, которая сама обеспечивает защиту, и от налипания, и от заклинивания. Ею оказывается конструкция сегментного клапана. Набегающий поток входит в чашу сегмента и препятствует прямому контакту металла сегмента и истиранию при трении последующих входящих струй зарастающего трубопровода. Бесфланцевое исполнение, полнопроходность, широкий диапазон регулирования для работы в условиях зарастающего трубопровода также выполнимы для сегментного клапана.

Все выявленные проблемы и недостатки были сведены в диагностическую таблицу 4, см. ниже.

Табл. 4. Экспертно-диагностическая таблица клапана

*Оценка часто проводилась по прайс-листам на отдельные детали и стоимость запчастей.

** материал учтен в стоимости каждого из элементов

Таблица показала озабоченность всех корпусом, как основным узлом, объединяющим все элементы в единое целое. Значительную озабоченность вызвал фланец, однако, в основном за счет его высокой материалоемкости. Рабочий орган и связанное с ним седло вызывают наибольшее внимание в функциональной значимости, а также в отделах, связанных с реальными процессами регулирования (эксплуатация, технологи, механики, КИП). Такие элементы как шток, сальник, подшипник связаны в основном с проблемами ремонта и передачи усилия и относятся в целом к проблемам отдела главного механика.

На основании диагностической таблицы были выработаны основные технические положения и рекомендации по расчету клапана.

1. Фланец. Как элемент, повышающий материалоемкость, рекомендуется к исключению. Применить бесфланцевое исполнение арматуры в позициях, допускающих применение такой арматуры по условиям давления, температуры и протекающей среды.

2. Корпус. Это элемент, имеющий высокую материалоемкость и трудоемкость. Рекомендуется применить по условиям коррозионностойкости более дешевые и прочные материалы (углеродистую сталь) с общим уменьшением веса изделия до 10%. Выполнение корпуса — полнопроходное, бесфланцевое.

3. Рабочий орган. Рекомендуется использовать чашевые сегменты, как эффективно использующие возможности самого потока по снижению абразивного износа.

4. Седло. Рекомендуется обеспечить значительно большую неистираемость седла, а также учитывая вероятность образования кристаллизации и налипаний на сегменте — рассмотреть возможность использования шабрирующих седел, с посадкой с натягом (без подпружинивания) чтобы избежать кристаллообразования под седлом с последующим заклиниванием клапана.

5. Шток, сальник, подшипник. В зависимости от конструкции клапана и, учитывая обеспокоенность их состоянием в основном отдела главного механика, изучить возможности диагностирования и настройки позиционеров на диагностирование их состояния в режиме он-лайн.

На основании представленных материалов была выбрана наиболее эффективная конструкция клапана для регулирования на основании прифланцовываемого сегментного клапана, рис. 18.

Рис. 18. Выбранный регулирующий сегментный клапан серии RA

Сборочный чертеж клапана представлен ниже

Рис. 19. Сборочный чертеж клапана серии RA

Результаты анализа

Среднее снижение размеров по строительной длине составило при условном проходе 100мм 400мм (115мм против 530мм) и по высоте до 400мм (306 мм против 703мм). Особенно впечатлило изменение в весе клапана — снижение веса достигало до 130кг (15кг против 159кг). Столь сильное изменение веса было связано не только с устранением фланца на клапане, но также и с тем, что на два размера изменялся расчетный проход для обеспечения требуемой пропускной способности. Возможности регулирования при наличии V-образного прохода расширялись и создавали возможности увеличения диапазона регулирования с 15–25% максимально для представленных клапанов до регулирования в диапазоне 5–95% по предлагаемому клапану, что важно для условий зарастания.

Большую роль в понимании того, какая конструкция могла бы в большей степени соответствовать долговременным тенденциям развития клапанов для этого сегмента, оказали законы развития технических систем (подробнее см. Горобченко С. Л. Трубопроводная арматура и клапаны: законы развития технических систем и «технологическое проталкивание» в маркетинге, журнал ТПА, №5 2011, стр.58–62.).

Так, закон повышения идеальности предписывает повышение компактности — уменьшение сил, размеров и времени выполнения операций. В нашем случае он достигается при помощи перехода к другой конструкции клапана, по возможности, устранением фланцев, перехода к четвертьповоротному, более быстрому выполнению действия. Попутно решается и задача уменьшения вибрации, столь актуальная для производства с частыми сменами режимов, многочисленными пусками и остановами карбонизационных колонн.

Часть закона, касающаяся повышения идеальности выполнения функций (в нашем случае — регулирования), также явно выражена в конструкции сегментного клапана. Он имеет ту же пропускную способность, что и устанавливаемый ранее вентиль, только имеет на 2 размера меньше по сравнению с ним. К тому же он способен давать равнопроцентную характеристику с 5 до 95% открытия, что несравнимо лучше по сравнению с клапаном типа применяемого вентиля. Сила этого закона также проявилась и в том, что равнопроцентная характеристика значительно лучше отвечает требованиям надсистемы регулирующей арматуры — контура регулирования и системы автоматизации.

Проверка по закону повышения динамичности конструкции в нашем случае также показала верность выбранного пути. В частности, если следовать традиционной логике, то в этом случае необходимо было и дальше продолжать ужесточать конструкцию, например, вводя керамические элементы или полностью перейдя на керамический клапан. Однако цена такого клапана для недорогих сред является экономически нецелесообразной. Выбор же в сторону более динамичного сегментного клапана, где его защита в большей степени осуществляется в динамике самим потоком, лучше соответствует закону и одновременно идеальному конечному результату — клапан сам себя защищает от вредных воздействий.

Резкое снижение веса — это не только повышение степени идеальности, но и вытеснение человека из системы, создающее предпосылки для развития автоматических систем диагностики. В нашем случае сегментный клапан вписывался и в эту долгосрочную тенденцию, в которой и проявляется действие этой закономерности. В дальнейшем можно было наметить пути дальнейшего вытеснения человека из уровня управления, за счет повышения диагностируемости клапана, роста использования нематериальных частей и программирования с ростом применения цифровых позиционеров.

Представление результатов

Разработанное решение было представлено специалистам компании–клиента и закреплено в протоколе совещания у главного инженера, по рассмотрению реализации мероприятий поставки регулирующей и запорной арматуры фирмы «Метсо». Важность совещания заключалась в том, что решение принимается всеми отделами. В нашем случае это были начальник ПО, главный метролог, начальники производств ХК, БС, кальцинированной соды, и др. (их много), руководитель СИ и ТР, начальник ТО, зам. главного энергетика, начальник УС. Выдержку из протокола см. ниже:

Как видно из протокола, специалисты предприятия не были уверены в силе решения, справедливо считая, что оно является слишком новым и должно быть подтверждено референцами, см. п. 1;3;8;9. В противном случае предполагалась сначала установка клапанов на опытную эксплуатацию и только после этого переход к закупке всей спецификации. Этот вариант был неприемлем из-за сроков и дополнительных финансовых затрат.

Дорабатываем предложение

Для решения вопроса был изучен опыт компании Метсо в других странах, чтобы найти возможные референцы установки сегментных клапанов. В результате была подтверждена правильность выбора клапанов, и из одного из зарубежных офисов был получен подробный отчет о применении сегментных клапанов для содовых производств.

Чтобы быть ближе к реальности мы поискали, где в России и СНГ хорошо стоят клапаны серии RE, поскольку это весьма новое решение по сравнению с традиционным. Оказалось, много где…

Рис. 19. Применение сегментных клапанов RA на содовом участке металлургического предприятия

Грамотное техническое описание и доказательная референтная база окончательно склонили специалистов предприятия в пользу сегментных клапанов.

Работа над коммерческими условиями поставки

Работа команды специалиста по инжинирингу и менеджера не заканчивается на выборе клапана. Необходимо изучить и финансовые возможности компании–потребителя и предложить наиболее выгодные условия поставки и финансирования. В нашем случае клиент не мог позволить себе приобретение всего пакета клапанов для реконструкции, который составлял свыше 500 клапанов и просил перенести часть поставки на следующий год.

Разработка условий финансирования и поставки для получения наиболее низкой цены и снижения сопутствующих затрат являлась следующей частью работы. Для снижения финансовой нагрузки необходимо было привлечь контрактора. Контракторы — это компании, специализирующиеся на проведении контрактов, способные снижать финансовую нагрузку на предприятия и часто на производителей арматуры за счет оптимизации налоговых вычетов, например, по выплатам НДС или их взаимозачетам при расчетах по экспортно-импортным операциям, таможенным и логистическим платежам. Но более важно было создать условия для клиента в снижении общей финансовой нагрузки по единовременным платежам. Для этих целей было предложено использовать схему лизинга арматуры и была проработана лизинговая поставка. Подготовленное письмо совместно с лизинговой компанией под эту поставку показано ниже:

Таким образом, задача выбора основного регулирующего клапана для содового производства на основании инженерно-экономического анализа была решена и решение обосновано для каждого из отделов с учетом долгосрочных тенденций развития арматуры.

Со стороны такой объем работы для одного предложения кажется слишком большим. Но представьте, что у Вас есть поток таких предложений, и Вы уже создали требуемые альянсы с партнерами, а в запасе у Вас множество вариантов под различные и индивидуальные требования потребителя. И самое главное, вы владеете методикой анализа и подготовки предложения, опытом формирования предложений с учетом интересов всех заинтересованных сторон.

Степень близости к финишной ленте заказа арматуры именно вашей компании, а не конкурента, будет несравнимо выше.

6.1.3. Кейс. Разработка нового типа шаровой пробки для шаровых кранов трубопроводов

ЛМЗ — Литейно-Механический Завод — предприятие, специализирующееся на выпуске отливок и выполнении механических и сварочных работ. Основными цехами завода являются цех центробежного литья, цех фасонного литья, механообрабатывающий цех и сборочно-сварочный цех, а также цех ковки.

Задачей, которую необходимо было решить, заключалась в необходимости найти такие продукты, которые бы были под силу заводу, востребованы рынком и эффективны для потенциальных потребителей продукции завода в арматуростроении.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

Учитывая требования к решению задачи, как к поиску нового продукта, она была отнесена к классу решения инжиниринговых задач, для которых применима методика 1 (методика определения направлений совершенствования инжиниринговых продуктов в новых областях) с элементами методики 2 (методика повышения добавленной ценности инжиниринговых продуктов). Одновременно, учитывая, что завод специализируется на производстве в основном заготовок, применялась методика 3 (методика выполнения проектов по совершенствованию технологических процессов).

Из методики 1 были отобраны следующие инструменты:

— выбор продукта,

— анализ его по S-кривой,

— выбор направления развития продукта в зависимости от этапа, на котором находится продукт, техническая и бизнес-система потребителя и определяются уровни развития рынка (этапы жизненного цикла рынка), на который предлагается вывести инжиниринговый продукт.

Из методики 2 были отобраны следующие инструменты:

— анализ жизненного цикла продукта,

— определение этапа развития технической системы.

Из методики 3 были отобраны следующие инструменты:

— определение проблем технологии,

— определение ключевых недостатков и распределение их по технологическим операциям,

— проведение свертывания элементов, порождающих ключевые недостатки.

Используемыми видами анализа стали:

— анализ по законам развития технических систем (ЗРТС)

— ресурсный анализ.

Было предложено включать и другие виды анализа, предлагаемые в методиках, в случае необходимости.

Для решения задачи был применен АРИнЗ. Ниже пошагово рассматривается ход решения задачи.

ШАГ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБНОСТЕЙ КОМПАНИИ И ПОТРЕБНОСТЕЙ ПОТРЕБИТЕЛЯ (РЫНКА)

1.1. СПОСОБНОСТИ КОМПАНИИ

На этом этапе уточнялась задача, чтобы оценить пространство решений. Для этих целей были уточнены производственно-технические, финансовые возможности предприятия, а также возможности внедрения и способность руководства и персонала внедрять новые технические решения. Были проанализированы:

— история компании

— партнеры компании

— парк оборудования

— опыт в налаживании новых производств и способности к внедрению инновационных технологий

— отчетность

Также были проведены интервью с руководителями коммерческого, конструкторского, технологического, финансового отдела и директоратом предприятия. По материалам анализа в общих чертах прояснилась общая инновационная стратегия предприятия.

Было выбрано направление центробежного литья, в котором у завода были опыт производства и возможности продвижения на рынок.

Рис. 1. Цех центробежного литья ЛМЗ

На основе анализа были выявлены основные разрывы, которые ограничивают предприятие в разработке и внедрении инновационных продуктов для арматуростроения.

Основными ограничениями стали:

— недостаточные возможности оборудования,

— отсутствие технологий,

— потребность в выпуске серийного продукта, без значительных колебаний по типу применяемой технологии и номенклатуре,

— проблемы с использованием в основном только дорогих материалов и невыгодностью использования дешевых материалов, не дающих желаемой прибыли,

— потребность в использовании имеющегося оборудования в связи с большой длительностью изготовления и стоимостью кокилей,

— необходимость работы на уже имеющемся рынке изделий из нержавеющих и специальных сталей и необходимость учета трудностей по выходу на слишком дальние от возможностей компании рынки.

В качестве основного продукта для дальнейшего развития были проанализированы основные конструкции шаровых кранов, как наиболее соответствующие осесимметричным центробежнолитым заготовкам для арматуры, рис.2.

Рис. 2. Общий вид шарового крана

Основной упор предложено было сделать на шаровые краны большого диаметра, где центробежное литье может иметь преимущество по основным комплектующим, рис. 6.3.

Рис. 3. Основные конструктивные элементы шарового крана с высокой степенью осесимметричности

Общая спецификация комплектующих узлов приведена ниже, табл. 1.

Табл. 1. Спецификация деталей шарового крана

Из общей спецификации изделий наибольший интерес экспертов, оценивающих возможности применения центробежного литья, вызвали:

— корпус

— крышка корпуса

— шар

— ось

— вал

— седло

— упорное кольцо

1.2. ПОТРЕБНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ КЛИЕНТА

Учитывая способности предприятия по выполнению центробежных трубных отливок, было принято решение найти достаточную нишу рынка в области развеса литья до 3000 кг, что обеспечило бы максимально комфортные условия для работы литейного участка центробежного литья его термообработки, мехобработки, а также сочеталось бы с традиционными и доступными ресурсами по металлолому, поставке легирующих и пр.

Среди множества запросов, которые приходили в компанию, и на который мог бы быть достаточный спрос со стороны арматурных предприятий, были запросы на изготовление шаровых пробок крупных шаровых кранов, рис. 4.

Рис. 4. Шаровая пробка

Из других изделий вызывала интерес деталь типа"седло"с наплавкой стеллита, как правило, шабрирующее, в наибольшей степени отвечающее возможностям завода, рис. 5.

Рис. 5. Общий вид шабрирующего седла

Из других осесимметричных деталей были также рассмотрены штоки и собственно корпус крана. Формирование концепции полого штока с учетом возможностей завода было рассмотрено ранее (см. статья Горобченко С.Л, Прогноз развития конструктивных решений в арматуре: полый шток, www.armavest.ru). Корпус крана представлял интерес с точки зрения использования центробежного трубного литья для применения в условиях абразивных пульп.

В настоящее время в приведенных изделиях, несмотря на массовость производства, используются технологии, свойственные единичной обработке изделий, в частности, это наиболее характерно для наплавки корпусов, шаров и, особенно, для седел, рис. 6.

Рис. 6. Стенд наплавки седел шаровых кранов

Проблемой было то, что все эти детали значительно меньше по цене, чем цена, которую предлагал бы за них завод. Несмотря на перспективность продукции по возможностям производства, завод от него отказывался.

ШАГ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ КОМПАНИИ И СИСТЕМООБРАЗУЮЩЕЙ ПРОБЛЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ

2.1. РЕСУРСЫ КОМПАНИИ

Ресурсами, которые были доступны компании ЛМЗ, могли бы стать достаточно разнообразные бизнес и технические ресурсы, а также ресурсы и тренды внешней среды и делового окружения.

В частности, были выбраны:

На уровне продукта:

— Возможность использования разнообразных сплавов в литейном производстве. При этом было возможно формировать разнообразные свойства отливок.

— Наличие легко реализуемых патентов и доступных разработок в области новых сплавов, прошедших как минимум опытно-промышленную апробацию.

— Возможность литья биметаллических трубных заготовок.

На уровне потребителя:

— Тренды к уменьшению массы и материалоемкости арматуры, повышению длительности срока службы и повышении уровня выполнения ими их главной полезной функции.

На уровне отрасли и рынка были выделены следующие ключевые факторы успеха:

• низкобюджетные цены на приведенные изделия

• растущие требования к надежности эксплуатации

• рост мероприятий по повышению безопасности

• внимание потребителей к уменьшению не только цены, но и стоимости за весь срок службы арматуры

• учет специфических требований потребителей.

2.2. СИСТЕМООБРАЗУЮЩАЯ ПРОБЛЕМА КЛИЕНТА

Было выделено многообразие решений по совершенствованию корпусов арматуры, шаровых пробок, штоков и седел шаровых кранов. Некоторые, наиболее часто применяемые решения, приведены ниже:

Шаровые пробки

— шаровая пробка выполняется из упрочненного материала

— шаровая пробка выполняется с хромовым покрытием для придания поверхностной твердости и коррозионностойкости

— шаровая пробка выполняется с плазменным (газоплазменным) напылением карбидов вольфрама, металлокерамическим покрытием или азотированием

— шаровая пробка выполняется с внутренней или внешней наплавкой

— шаровая пробка выполняется кованой для повышения прочности по сравнению с литой пробкой или пробкой, выточенной из проката

— пробка выполняется из трубной заготовки с гидравлической раздачей в сферу.

Корпуса шаровых кранов

— корпус выполняется раздельным

— корпус выполняется из трубной цилиндрической заготовки с дальнейшей раздачей

— корпус выполняется с наплавкой внутри

Седла

седла выполняются из отдельных заготовок с наплавкой на стенде

Анализ и обобщение выделенных решений показали основной тренд на совершенствование уже применяемых технологий. К ним можно было бы отнести повышение качества металла самой детали или переход к использованию биметаллической конструкции с наплавкой на базовый элемент детали более прочного материала с его дальнейшей термообработкой и шлифовкой.

Хотя последнее решение лучше решает вопрос повышения износостойкости, однако, в тоже время приводит ко многим другим недостаткам, ключевым из которых является увеличение трудоемкости и времени изготовления отдельных деталей. Вопрос качества износостойкости тоже может быть отнесен к спорным.

Экспертная группа выбрала для дальнейшего анализа шаровые пробки, как имеющие наибольший потенциал на рынке и максимально использующем ресурсы и производственные возможности предприятия.

ШАГ 3. УТОЧНЕНИЕ ЗАДАЧИ С УЧЕТОМ ЭТАПА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКТА, КОМПАНИИ И ПОТРЕБИТЕЛЯ (РЫНКА)

3.1. УТОЧНЕНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКТА И КОМПАНИИ

Жизненный цикл продукта

Шаровые пробки

Анализ развития шаровых пробок показал, что, несмотря на то, что этот элемент, по сути, является основным рабочим органом (в зависимости от выбора главной полезной функции — регулирования или отсечки), однако, ему уделяется недостаточное внимание. Противоречие между необходимостью иметь цилиндрическую проточную часть и сферическую внешнюю часть пробки надолго определили основную направленность конструкции крана и достаточно большую материалоемкость кранов. Отметим, что способы решения этой проблемы при помощи простой раздачи трубной заготовки не прижились, поскольку уход от цилиндрической проточной части резко ухудшает состояние потока внутри ее.

Использование шаровых пробок с цилиндрической проточной частью сложилось достаточно давно и, несмотря на попытки использовать технологию с гидравлической раздачей пробки, по-прежнему является ведущей технологией. Такие пробки получили наибольшее распространение. Их цена достаточно низка из всех возможных вариантов. Основной тенденцией является поиск путей к большей унификации и совершенствованию некоторых элементов технологии — литья или ковки, покрытия или наплавки и пр.

Продукт в сегодняшнем состоянии можно отнести, по всей видимости, к середине 3-го этапа жизненного цикла, хотя сам шаровой кран в настоящее время имеет значительную тенденцию к росту и может быть отнесен к 3-му этапу.

Жизненный цикл компании (ЛМЗ)

Чугунные отливки, на которых ранее специализировался завод, чуть не привели его к банкротству в связи с чрезвычайно низкой ценой отливки. После прихода инвесторов на заводе заработала машина для центробежного литья трубных заготовок и после резкого разворота завода в сторону нержавеющих сталей его дела пошли на поправку.

Обобщая выделенные факторы, можно сказать, что линия этого продукта на заводе находится примерно на 2-м — начале 3-го этапа своего развития (т.е. ТС"продолжает развиваться и захватывать новые области").

3.2. УТОЧНЕНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПОТРЕБИТЕЛЯ

Жизненный цикл потребителя

Арматурные компании, использующие шаровые пробки — это компании по производству и ремонту шаровых кранов. Их количество растет, они организуются в ассоциации (например, Ассоциация производителей шаровых кранов). Их рост зависит от возможности и степени вытеснения арматуры других типов, на которые ранее шаровые краны не претендовали, в частности, клиновых задвижек большого диаметра, а сами они (производители шаровых кранов) зависят от степени давления на них производителей дисковых затворов. Все вместе они зависят от инвестиционной активности и планов по модернизации крупных потребителей, где в наибольшей степени востребованы шаровые краны.

По параметрам оценки жизненного цикла предприятия-потребители арматуры можно охарактеризовать как находящиеся на 3-м этапе. Они, как правило, большие, стремятся к давлению на своих поставщиков, закупают по низким ценам, стремятся создавать значительные барьеры для входа, что характерно для 3-го этапа рынка. Эта основная линия продолжается и до возможных производителей шаровых пробок, хотя и не так активно.

Этап развития рынка потребителя

Наличие большого числа западных и китайских компаний, производящих и поставляющих шаровые краны, привело к размыванию рынка в целом и появлению большого числа разнообразных решений в т.ч. и по шаровым пробкам.

Использование достаточного большого количества технических решений показывает, что рынок испытывает некоторое развитие, однако, связанное в большей степени с достижением стабильности и надежности в работе шаровой пробки как части технической системы. По мнению экспертной группы его отнесли к уровню конца 2-го — середины 3-го этапа.

3.3. СОЧЕТАЕМОСТЬ ПРОДУКТА — КОМПАНИИ-ПОТРЕБИТЕЛЯ

Определение сочетаемости триады"Продукт — Компания — Потребитель (Рынок)"

В соответствии с приведенными вариантами сочетаемости рынка, их взаимодействие должно определяться закономерностям 2-го — 3-го этапа, см. вставку.

ВСТАВКА

Второй этап рынка

На втором этапе интерес к опробованным решениям возникает у больших компаний или могущественных дилеров. Если потребитель говорит «да», то, без сомнения, за заказы начинается борьба и привлекаются все новые «участники соревнований». Дилеры с широкими сетями будут интересоваться продвижением продукции и частично использовать решения.

Рис. 7. «Продукт — Рынок — Компании», второй этап рынка

Третий этап рынка

Количество потребителей растет, а вместе с ними растет конкуренция, цены создают возможности для роста, стандартизируется продукт.

Рис. 8. «Продукт — Рынок — Компании», третий этап рынка

ЛМЗ перенес трудные времена, что соответствовало 4-му этапу рынка, но рынок нержавеющей стали в применении к арматуростроению и шаровым кранам, в частности, находится на 3-м этапе. Однако приход зарубежных компаний оживил рынок, принеся новые свежие идеи, подтолкнул существующие на Российском рынке компании искать и создавать продукцию как минимум 2-го этапа.

Можно предположить, что цели и идеальное состояние каждого из элементов триады может соответствовать успешному созданию нового продукта, его выводу на рынок и захвату умов потребителей.

ШАГ 4. ВЫДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ПРОДУКТА ПО ЗРТС И ЗАКОНАМ РАЗВИТИЯ УСЛУГ

Выделение уровня развития продукта по ЗРТС:

Нами были выделены несколько законов, которые в наибольшей степени могли бы оказать влияние на развитие шаровых пробок. Это следующие законы:

— динамизация

— повышение управляемости системы

— свертывание системы

— переход в надсистему

— согласование — рассогласование в системе

— переход на микроуровень

— переход моно — би — поли

— дробление

Рассмотрим их подробнее.

Динамизация — шаровая пробка в нынешнем виде является статичным элементом. Ее дальнейшее развитие может быть связано с проявлением эффективности сопротивления в момент действия динамических сил потока.

Повышение управляемости системы — шаровая пробка может согласовывать свое действие с работой шарового крана, например, способствуют также и снижению виброактивности и управляемости работы шарового крана в целом при его закрытии-открытии, демпфировании кавитации, пульсаций потока, собственных упругих волн внутри материала. Можем отметить, что в настоящее время техническая система"Шаровая пробка"находится на более низкой ступени развития.

Свертывание — некоторые элементы шаровой пробки могут свертываться, как и она сама. В частности, во многих случаях используют пробку, отлитую вместе с валом, чтобы избежать поломок соединений и люфтов. Функции отдельных элементов, например, шумоподавляющих и кавитационных пластин, которые ранее были отдельными элементами узла регулирующего шарового крана, передаются в преобразованном виде самой шаровой пробке. Свертывание может происходить и по элементам, которые ранее специально вводились в ближайшие к шаровой пробке подсистемы шарового крана. В частности, вибрация всегда ослабляет соединения шара с валом и влияет на долгосрочную надежность работы шарового крана. Шаровая пробка могла бы взять на себя часть функций по снижению передачи вибрации, поскольку именно она воспринимает вибрацию от потока. Отметим, что это решение частично применяется и имеет перспективу для развития.

Для литья свертывание также эффективно проводить и по технологическому процессу, (см. п. Методика 3 — Совершенствование технологического процесса). В частности, мехобработка заготовок шаровых пробок с достижением сферической поверхности, их упрочнение термической, химико-термической обработкой, наплавление износостойкого слоя занимает большую часть нормо-часов при изготовлении шаровой пробки. Однако многие из этих видов обработки могут быть взяты на себя простой операцией литья.

Переход в надсистему — шаровые пробки либо исчезают и их функции передаются другим частям системы, либо они развиваются дальше и берут на себя часть новых потребительских свойств системы. Решение частично применяется и близко к алгоритму свертывания.

Согласование — рассогласование — действие шаровой пробки должно особенно усиливаться в момент приложения динамических сил или вредного влияния потока (абразивного износа, кавитации, пульсаций, гидроударов и пр.).

Переход на микроуровень — подсистемы шаровой пробки, в частности, такая как материал, должны работать на всех уровнях (к примеру, это уровни макро и микроструктуры стали).

Переход"моно — би — поли" — сталь может развиваться и дальше в сторону повышения анизотропности свойств, реализуемых различными фазами, входящими в ее макро и микроструктуру. Различные варианты упрочнения поверхности или перехода к твердым наплавленным поверхностям частично применяются.

Дробление — для повышения эффективности работы шаровой пробки дробление единого шара на блоки облегчит другие задачи. Например, это может быть обеспечение перехода"моно-би-поли", введение материалов с различными свойствами внутри шаровой пробки, обладающих высокой энергопоглощающей способностью.

Выделение уровня развития продукта по законам развития услуг и экономическим законам

Шаровая пробка по проведенному анализу является главным рабочим органом технической системы"Шаровой кран", а вместе с седлом организуют также и главный рабочий орган запорного шарового крана. Для таких систем с экономической точки зрения очень сильно влияние выполнения качественного продукта, его дифференциации и повышения уровня потребительской стоимости, в отличие от вспомогательных элементов системы, главное требование к которым обычно это — низкая цена и достаточный уровень выполнения своих функций.

В формуле оценки путей развития системы"Шаровая пробка", как технико-экономической системы и определяемой как:"Факторы качества\факторы издержек". Основное внимание поэтому мы уделим потребительской стоимости.

Такие системы относятся к системам, где наиболее эффективно предоставление повышенного уровня услуг и стандартного продукта, но с более высоким качеством. Однако, как показано выше, техническая система"Шаровая пробка"недостаточно развивается, в связи с чем можно предположить, что должен появиться эксклюзивный набор свойств и некоторая уникальность в предоставляемом продукте, что соответствовало бы 2-му этапу развития рынка.

ШАГ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИКР*

Определение ИКР включало в себя определение ИКР для продукта и компании и ИКР для потребителя и рынка. При этом в большей степени ИКР понимался как идеальное состояние системы (продукта — компании — потребителя — рынка).

Определение ИКР для компании и ее продукта

Из анализа условий работы компании, ее истории и ее способностей следует, что развиваться должен именно материал шаровой пробки, а не ее заменители или решения по ее исключению.

ИКР для продукта компании был сформулирован следующим образом:

"Х-элемент, вводимый в шаровую пробку, при минимальных изменениях в системе обеспечивает максимальную серийность, минимум изменений в технологии и высокую добавленную стоимость".

Определение ИКР для потребителя

ИКР для потребителя был сформулирован следующим образом:

"Х-элемент, не превышая допустимых пределов по цене, обеспечивает повышение динамичности, управляемости, свертываемости шаровой пробки (переход в надсистему)".

Конец ознакомительного фрагмента.