Анализ технологических процессов в ТРИЗ

В ходе рутинной работы важно сохранять стабильность всех операций, процессов и параметров, даже если они не оптимальны. Но когда стоит задача совершенствования производства, важность анализа всех процессов объяснять не нужно и переоценить невозможно. И желательно уметь делать это с разумной точностью в разумные сроки…

Методика базируется на ТРИЗ и, в частности, на ЗРТС, ФА и ПА. Предполагается знакомство читателя хотя бы с азами этих инструментов. В противном случае можно рекомендовать сначала изучить базовый курс ТРИЗ, включающий в себя, помимо прочего, и эти три инструмента.

Потоковый анализ (ПА) есть важный частный случай функционального (ФА). Главной особенностью является то, что ПА имеет дело с технической системой (ТС), в которой один или несколько компонентов являются динамическими. То есть состоящей из ряда одинаковых элементов, постоянно перемещающихся от одного стационарного компонента ТС к другому, при этом переместившийся элемент тут же заменяется другим таким же.

При этом техпроцесс обычно удобнее описывать в терминах системы-процесса (ТС-пр).

Соответственно, анализ техпроцесса следует рассматривать как частный случай потокового анализа в системе-процессе.

Казалось бы, на этом можно смело заканчивать работу, поскольку в таких терминах все вроде бы ясно. Однако, техпроцесс (ТП) имеет ряд важных особенностей перед обычной ТС-пр. Именно эти особенности и будем рассматривать.

Далее, в работе исхожу из того, что читатель достаточно знаком с ТРИЗ и, в частности, знаком с той или иной методикой проведения ФА и ПА.

Технологи со стажем легко увидят здесь хорошо знакомый им балансовый анализ, но также увидят и значительные отличия. Специалисты в Производственной системе также увидят здесь элементы хорошо знакомой им карты создания ценностей и так далее. Этому не стоит удивляться: разные подходы опираются ведь на один и тот же круг явлений, поэтому взаимопроникновение методик не только неизбежно, но и желательно.

Может показаться, что метод имеет очень ограниченное применение. Но это не так. Процесс производства – первый этап жизненного цикла любого изделия, во многом определяющий. Поэтому может применяться почти в любом проекте «железячной» ТРИЗ. К тому же, сегодня часто гораздо легче придумать, ЧТО нужно сделать. Но часто очень нелегко придумать, КАК это сделать. А технология – именно про это, про как.

Также нужно понимать (и помнить), что предлагаемый метод не дает решений проблем. Более того – он не является анализом проблем. Главное в нем – выявление проблем. Если недостаток четко сформулирован, предлагаемый анализ уже не нужен. Здесь мы будем заниматься поиском проблем. Такая необходимость возникает часто и все чаще.

Собственно, предлагаемый подход:

Во-первых, не является какой-то новинкой. Хорошо известен по крайней мере технологам. Это и не удивительно: ТРИЗ вообще является просто обобщением (довольно удачным) мирового инженерного опыта последних 200-300 лет.
Во-вторых, может применяться не только в проектах ТРИЗ. Поскольку метод позволяет увидеть задачи, то решать их можно и нужно наиболее удобным в каждый данный момент времени способом.

Ну и последнее. Метод молодой, нисколько не канонизированный. Поэтому верить ему свято и выполнять буквально не следует. Голову нужно все же применять. Впрочем, это касается любой работы. Так что, если кто-то предложит новые подходы и нюансы – буду только рад.

Теоретические основания работы.

Потоковые модели.

В этой работе я применяю формат ПА, предложенный мной в 2015 г. (https://triz-summit.ru/certif/master/matriz/15/302897/). При этом вполне применим более традиционный и привычный многим формат GEN3/Алгоритм. Построение модели в этом формате детально изложено работе О. М. Герасимова (https://triz-summit.ru/certif/master/matriz/10/204739/). Анализ при этом стоит проводить по книге С. С. Литвина и А. Л. Любомирского Trends Guide, 2003. Части 6 и 7 (http://www.metodolog.ru/00822/00822.html) (Хотя непосредственно в работе использовались только отдельные главы этих двух трудов, они стоят того, чтобы прочитать и изучить их целиком).

Предлагаемый подход отличается от традиционного в основном двумя вещами:

Кроме компонентов «источник» и «потребитель» потоков вводится компонент «канал» потока. Соответственно, появляется дополнительный рычаг для эффективного управления потоками, как полезными, так и вредными.
Предложенные Литвиным и Любомирским сабтренды закона оптимизации потоков рассматриваются как приемы для управления потоками, поскольку так оно по существу и есть. Эти приемы оказываются своеобразным аналогом 40 приемов Альтшуллера и именно так и применяются.

Ну и, разумеется, много чего по мелочи, но это уже, действительно, нюансы, без которых вполне можно прожить.

Анализ ТС-процессов.

К сожалению, ФА ТС-пр. описан в ТРИЗовской литературе достаточно слабо. Единственным опубликованным источником систематического описания (известным мне) является соответствующая глава упоминавшейся работы О. М. Герасимова (https://triz-summit.ru/certif/master/matriz/10/204739/). Основной же массив информации размазан ровным слоем по авторским презентациям преподавателей и публичным выступлениям на конференциях теоретиков.

Главное отличие ТС-пр от ТС-конструкции (ТС-к) в том, что в качестве компонентов рассматриваются не материальные компоненты (узлы, агрегаты и т.п.), а операции, выполняемые этими компонентами.

При внешней схожести формалистики ФА этих двух случаев различия весьма велики, но сводятся к двум основным:

Операция, разумеется, происходит не сама собой, а каким-то материальным компонентом, выполняющим какое-то действие. Но описание именно операции позволяет отвязаться (только на момент анализа, не далее!) от свойств этих самых компонентов.

Тем самым ФА ТС-пр является обобщением картины более высокого уровня, чем ФА ТС-к. Соответственно, снимается дополнительный слой психологической инерции, связанный со знанием того, как работает тот или иной агрегат.

Из п.1 непосредственно вытекает, что операция может выполняться не одним каким-то компонентом, а группой компонентов. Это, в свою очередь, позволяет шире ставить задачи и находить дополнительные решения.

Но, разумеется, при описании ТС-пр в любой конкретной задаче (построении ФА ТС-пр или ПА ТС-пр) необходима привязка к конкретному оборудованию и/или компонентам системы. Это достигается либо ведением дополнительного столбца в табличной форме модели, либо внесением указания на оборудование и его параметры в графической форме.

Модель техпроцессов.

Главное отличие от обычной потоковой модели заключается в следующем:

В «обычной» модели поток рассматривается, чаще всего, сохраняющим свою сущность, хотя и меняющим основные рассматриваемые параметры. Вода вошла горячей, вышла холодной; воздух вошел чистым, вышел загрязненным и т.д.

В модели технологического процесса главный поток, ради которого все и затевается, поток полуфабриката почти всегда полностью меняет свою сущность. Если на входе руда, на выходе металл; если на входе мука, на выходе хлеб; если на входе сахарная свекла, на выходе сахар.

При применении в этой ситуации классической ПА пришлось бы переобозначать поток после каждого передела, отчего потеряется главное достоинство ФА и ПА: простота и наглядность.

Правда, потоки основных ресурсов ведут себя при этом как обычные потоки: энергия тратится, вода остывает и т.д.

Важным отличием от функциональной модели процесса является также отказ от деления операций на производящие, транспортные, измерительные и исправительные. Отказ не принципиальный, если в каком-то проекте такое деление окажется целесообразным, то эти типы можно и выделить. Это, впрочем, касается и всех остальных правил построения моделей и выполнения анализа, как потокового, так и обоих видов функционального6 предлагаемая методика их не отменяет, а дополняет.

Базовый пример.

При описании методики мы будем опираться, главным образом (но не только, конечно) на один конкретный пример: анализ процесса очистки диффузионного сока в свеклосахарном производстве.

Процесс является важным компонентом всего техпроцесса сахарного завода и при этом достаточно показателен для иллюстрации методики.

Небольшой фрагмент одного из участков цеха очистки.

Собственно, фото приведено просто для наглядности. Далее фотографий участка не будет: они очень малоинформативны. Масштаб бедствия – 7000 тонн в сутки (300 тонн час, 5 тонн в минуту). Такое не может быть компактным и помещающимся на красивых фото. К тому же я описываю не технологию сахарного производства, а методику анализа техпроцессов в целом.

Пара слов о процессе:

Перед рассматриваемым процессом на сахарном производстве из свеклы возникает т.н. «диффузионный сок»: раствор сахарозы (порядка 12-18%) и различных не сахаров (порядка 4-8%).
Задача: очистить этот сок от не сахаров. Рассматриваемый пример – как раз процесс такой очистки.
Рассказывать подробности не буду: у нас семинар по анализу технологии, а не анализу сахарного производства. Но в целом картина такая: в ранее полученный свекольный сок попеременно вводятся то щелочной агент (известковое молоко, оно же – взвесь гашеной извести), то кислый агент (угольная кислота в виде растворяемого в соке углекислого газа). При этом различные коллоидные компоненты сока (частично и компоненты истинного раствора) коагулируют и отфильтровываются
Полностью очистить сок от несахаров таким способом не удается, поэтому все последующие операции, проделываемые на заводе, являются, по сути своей операциями дополнительной очистки и выпарки воды.

Основные особенности анализа техпроцесса.

Главный рассматриваемый поток (поток полуфабриката) изменяется в ходе процесса вплоть до изменения набора характерных параметров, а не только их значений.
Учет постепенности и неравномерности расходования всякого рода ресурсов в ходе процесса.
Каждая операция осуществляет, помимо главной полезной функции, как минимум два недостатка: приводит к потерям и потребляет ресурсы.
Признание и учет обязательной рассогласованности в техпроцессе по многим имеющимся признакам и параметрам.

Сейчас мы их только обозначим. Практически вся дальнейшая работа будет, так или иначе, посвящена разбору именно этих особенностей.

Главный рассматриваемый поток полностью изменяется в ходе процесса.

В «обычной» модели поток чаще всего сохраняет свою сущность, хотя и меняет основные параметры.

Вода вошла горячей, вышла холодной,
Воздух вошел чистым, вышел загрязненным,
Человек сошел с трапа, перестал быть пассажиром, но остался человеком и т.д.

В модели технологического процесса главный поток, поток полуфабриката, почти всегда полностью меняет свою сущность.

На входе руда, на выходе металл.
На входе мука, на выходе хлеб.
На входе сахарная свекла, на выходе сахар.

Расход ресурсов

Необходимо учитывать постепенность и неравномерность расходования ресурсов в ходе процесса.

Другая важная особенность анализа техпроцесса. Очень часто упускают из виду, что все ресурсы расходуются постепенно и неравномерно. Поэтому недостаточно сказать, например, что на изготовление детали расходуется 20 кВт*ч энергии. Важно понимать, когда именно и как эта энергия израсходована.

Рассогласованность любого ТП по многим имеющимся признакам и параметрам.

Очень важный пункт, явной фиксации которого я не встречал раньше. По ряду причин технологический процесс всегда рассогласован по целому ряду параметров. Перечислим эти причины позже. Но важно всегда помнить об этом феномене. Причем, уже из самого этого факта следуют два важных вывода:

Любой технологический процесс всегда можно усовершенствовать. Не всегда это целесообразно (например, из экономических соображений). Но всегда возможно.
В ходе анализа мы почти автоматически получаем не просто некий недостаток, но сразу же можем сформулировать и противоречие. Что особенно важно, если решать полученные задачи мы намерены с помощью ТРИЗ.

Наличие недостатков в выполнении любой операции

И, наконец, последняя лемма методики: КАЖДАЯ операция формирует как минимум два недостатка: генерирует брак и отходы и тратит ресурсы. Об этом почему-то часто забывают, хотя в принципе это очевидно. Понятно, что и потребление ресурсов, и какие-никакие потери – вещь почти неизбежная. Но это все равно функции, и все равно вредные, как уж ни крути.

И, кстати, это позволяет сформулировать недостатки техпроцесса сразу после составления перечня операций. Другое дело, что для устранения этих недостатков нам требуется много разных подробностей.

Процедура составления модели

В принципе процедура проста и наглядна. Состоит всего из трех пунктов (на верхнем системном уровне).

Составить цепочку операций. Отметить главный поток (поток полуфабрикатов).
Обозначить основные ресурсы, используемые для каждой операции, и потери.
Проставить численные значения потоков полуфабриката ресурсов и потерь.

Ясно, что каждый из этих трех шагов требует детализации и пояснения. Поэтому рассмотрим их подробнее.

Cоставить цепочку операций

Самый простой шаг – обычная технологическая схема без подробностей.

Стрелками указан основной поток техпроцесса: диффузионный сок. Синими стрелками указаны потоки сахара, выводимые из процесса

Обозначить основные ресурсы

Добавляются те потоки, которые важны для данной задачи. Например, здесь были выброшены из рассмотрения потоки энергии и времени – стояла задача посмотреть не процесс вообще, а потери сахарозы в процессе (ключевой параметр, прямо влияющий как на объемы производства, так и на себестоимость).

Вообще же здесь проявляется одна из главных особенностей потокового анализа в ТРИЗ: могут рассматриваться ЛЮБЫЕ потоки. Главное: динамичность соответствующего объекта (или параметра) и его распределенность. Например, «поток времени».

Пример рассмотрения «потока времени»

Распределение времени работы тракторов в поле

Здесь рассмотрены времена выполнения различных операций с тракторами в процессе работы. Оставлены только параметры, относящиеся к собственно трактору. При линейном процессе вполне достаточно бывает просто рассмотреть время как один из параметров. Но вот в ветвящихся и цикличных процессах рассмотрение потока времени оказывается очень удобным. Рекомендую попробовать. В данном примере нам удалось сфокусировать внимание заказчика на основных потерях времени. И оказалось, что они борются не с теми потерями, с которыми следовало бы. В результате был открыт ряд проектов и принято несколько решений. В частности, именно эта работа помогла сократить потери времени тракторов в сезон (когда время чистой работы техники – ключевой параметр!) примерно на 1,5 суток. Разумеется, это был не только наш успех. Но и наш в том числе.

Проставить численные значения

В целом получаем просто графическое отображение материального баланса.

На практике может занять основное время работы над моделью.

Получается перенасыщенная информацией картинка, которую трудно анализировать. Например, в реальной таблице, когда это был не пример в методичке, а часть реального проекта, таблица содержала 18 столбцов и около 130 строк…

Поскольку к этому моменту человек, проводящий такой анализ, уже глубоко в теме, наглядность картинки, как ни странно, страдает несильно, тем не менее, перегружать модель также не стоит.

Поэтому на практике целесообразно свести данные в таблицу. Здесь эту таблицу привожу в виде небольшого фрагмента: она огромна и в демонстрационном примере не очень осмысленна.

Фрагмент табличной формы модели

Формат таблицы может быть очень разным в зависимости от техпроцесса и решаемой задачи. Поэтому нет особого смысла ее «канонизировать». Но это и не вызывает никаких затруднений: всегда можно добавить столбцы или убрать ненужные.

Очень важное правило для оцифровки модели

Необходимо проставить весь главный поток в сопоставимых единицах.

Предпочтительнее в единицах, в которых измеряется готовое изделие. Например, количество заготовок обычно берется в тоннах. А вот количество готовых изделий в штуках. Простой перевод к единой системе измерения часто дает удивительный по значимости результат! Порой вскрываются совершенно удивительные потери.

Простейший пример: на сахарном производстве вначале все расчеты идут в тоннах свеклы, потом в литрах сока и только потом в килограммах сахара. При работе на «своем» участке – нормально, но нам-то нужно рассмотреть весь процесс!

Простой пересчет в количество сахарозы на всем пути от хранения свеклы в поле до готового сахара на складе позволил составить достаточно точную карту потерь сахарозы и наметить несколько проектов по их снижению:

Движение сахарозы в технологическом процессе

Здесь сразу же стало хорошо видно, где происходят основные потери. Основная потеря фиксируется в потерях сахарозы в мелассу (патоку), но формируется в обведенной красным рамочке. Это как раз и есть процесс очистки сока.

Мы были поражены, насколько сильно честно и, главное, аккуратно подсчитанная структура потерь отличалась от той, про которую ДУМАЛИ сотрудники завода. Немедленно фиксируются основные задачи. Так, например, редукция сахаров (разложение сахарозы) при выпарке всегда была едва ли не главной занозой в мозгу технологов. Какие только меры не принимались, какие усилия и деньги вкладывались! Но оказалось, что это – самая малая потеря, заниматься которой можно в последнюю очередь (тем более, что она определена физикой процесса, а с физикой бороться – последнее дело).

Ну и само собой, что основное внимание должно уделяться очистке сока. Собственно, поэтому мы и рассматриваем детально именно этот участок техпроцесса.

Здесь убраны уже все остальные потоки: слайд делался как инфорграфика для нужд презентации.

Очень важный момент показан внизу слева: имеется некоторое количество неизвестных потерь. Их тоже нужно зафиксировать и локализовать. В данном случае, все на заводе всегда знали, что примерно 2,0-2,5% потерь оказываются «неучтенными». Мы сумели локализовать эти потери в операциях и сформулировать задачи на организацию учета этих потерь. Задача решена только частично, но все-таки сегодня неучтенных потерь стало 1,5-2,0%. А это – несколько сотен тонн сахара ежегодно!

Связь модели ТП с балансовой моделью

Как правило любой технолог с легкостью опознает в полученной модели родную балансовую модель процесса, которой учат на 3 курсе любого технологического ВУЗа независимо от отрасли.

В общем, так оно и есть за некоторыми нюансами:

Мы четко отделили здесь основной поток от потоков других ресурсов. Причем, потоки вспомогательных материалов и других ресурсов рассматриваются по-разному.
В ТРИЗ мы не стесняемся рассматривать такие потоки, за которые в ВУЗе по голове не погладят.

Например, поток времени. Звучит, конечно, очень романтично, хотя традиционно разного рода затраты времени анализируются другими инструментами, но зато нам удается сопоставить самые разные ресурсы в одной модели.

Потоки труда.

Опять-таки, как и в случае со временем, традиционно анализируется трудоемкость выполнения операций. Но времена изменились. И сегодня все чаще рабочий НЕ ДЕЛАЕТ что-то, а контролирует, как это что-то делается.

В этом случае понятие трудоемкости теряет значение. А вот времязатраты – наоборот. Собственно, в этом и заключается одна из нерешенных на сегодняшний день проблем ПС – она вся заточена именно на делание, выполнение неких процедур…

Но как быть, когда выполнение процедур занимает у рабочего 5%, а вот наблюдение за процессом – 95%? И более того, чем меньше времени рабочий занимается корректировкой процесса и чем больше наблюдением за ним – тем лучше идет процесс? В идеале рабочий должен все время сидеть и НИЧЕГО НЕ ДЕЛАТЬ. А за что мы ему деньги тогда платим?

Поэтому часто (и со временем все чаще!) правильнее использовать в качестве параметра не трудоемкость (она может быть небольшой), а трудозатраты (реальный расход времени человека).

Анализ полученной модели

Здесь очень важный методологический нюанс. Он касается всех методов анализа в ТРИЗ, но в частности и этого. У нас как-то не принято разделять стадии составления модели и ее анализа. Мы говорим «функциональный анализ», часто забывая, что речь идет об анализе составленной модели. Но ведь ее нужно еще составить! Поэтому часто, особенно среди новичков, случается ситуация: модель составили и посчитали анализ законченным. Дело в том, что методички естественным образом гораздо больше внимания уделяют процедуре составления модели, чем ее анализа. А результат-то где? Вот эти красивые (или не очень) картинки?

Поэтому теперь давайте посмотрим, какие выводы можно сделать из полученной модели.

Я выделил шесть основных элементов такого анализа.

Потери ресурсов

Имеется четыре основные группы потерь:

Неизбежные потери
Технологические отходы и вынужденные потери
Старт-стопные потери
Брак
Возвратные отходы

Любые потери любых ресурсов всегда – недостаток. Снижение уровня потерь всегда желательно, даже если не является целью конкретного проекта.

Мы говорили, что каждая операция реализует как минимум два недостатка. Один из них – генерирование потерь разного рода. Поскольку мы рассматриваем модель в самом общем виде, то и структуру потерь можно дать только в самом общем виде.

Но важно то, что каждый из этих типов потерь можно снижать немного разными способами. Поэтому рассмотрим их повнимательнее.

Неизбежные потери

Группа, отсылающая нас к понятию психологической инерции. Практически всегда потери КАЖУТСЯ неизбежными. Другое дело, что часто с ними проще и дешевле смириться, чем устранять.

Простейший пример: казалось бы, если нам нужно просверлить в детали дырку, то металл, который был раньше на этом месте, почти автоматически превратится в стружку.

Но дырку можно не высверливать, а вырубать. Из оставшихся кругляшей делать хотя бы шайбы.

Разумеется, это далеко не всегда целесообразно. Важно здесь то, что это возможно. Мы ведь на этом этапе не ищем решение задач (устранение недостатков), а только фиксируем сами недостатки.

Технологические отходы и вынужденные потери

На самом деле – просто вариант предыдущего (неизбежные потери). Отличие в том, что технологические потери – такие потери, которые прямо прописаны в технологических инструкциях и картах. В этом случае просто легче выявить и оцифровать по сравнению с тем, что мы принимаем как неизбежные по умолчанию.

Вынужденные потери тоже вариант «неизбежных». Но это такие, которые даже и знаем заранее, как избежать. Но по заранее же предполагается, что делать это нецелесообразно из экономических или иных соображений.

В принципе, эти две подгруппы потерь можно и не выделять. Такое выделение просто удобно на практике.

Еще раз уточню: практически всегда такие потери только кажутся неизбежными.

Рассмотрим наш сквозной пример:

Под действием температуры сахароза всегда начинает разлагаться. Это – физика или, если угодно, химия. Если раствор сахарозы нагревать, то часть ее разложится на глюкозу и фруктозу просто в силу законов природы.

Но, например, влагу из раствора сахарозы можно удалять не только нагревом, но и понижением давления. Другое дело, что это далеко не всегда целесообразно. Например, мы подсчитали, что установка насосов более глубокого разряжения (сейчас там около 200 мм рт ст) просто никогда не окупится…

Но главное здесь то, что мы такую возможность зафиксировали. И если оказались от нее, то сознательно, а не просто потому, что не заметили. Огромное число разных процессов и режимов делаются так, а не иначе просто потому, что «так всегда делали». А то, что техника и технология за последние 200 лет довольно сильно изменились – просто не принимается во внимание. Решения такого рода не всегда эффективны, но всегда эффектны, что тоже следует принимать во внимание.

Старт-стопные потери

В начале и в конце работы первые метры, килограммы и т.п. почти всегда идут в отходы. Это почти неизбежно.

В качестве примера можно взять цех сахара-рафинада. Холодные и мокрые кубики сахара входят в печь и в первый момент снижают ее температуру. Поэтому первые 75 кг сахара (в данном примере) просто не глядя снимают с упаковки и передают обратно на формование.

Других примеров масса.

Например, при включении газоразрядных и светодиодных ламп они сначала загораются довольно тускло и только через несколько секунд загораются «как надо». Кстати, к вопросу о «неизбежности» неизбежных потерь: сегодня для светодиодных ламп проблема почти решена. Но все же в экстремальных случаях, когда свет нужен тотчас, для аварийного освещения такого типа используют старые добрые лампы накаливания.

Еще пример. В работе ТРИЗовца (и не только) часто приходится переключаться с задачи на задачу буквально в течение нескольких минут. Первое время после этого эффективность решения новой задачи существенно ниже.

Брак

Брак – он и есть брак. Нечто случайно и непредсказуемо возникшее. Поэтому дать классификацию типов брака не представляется возможным.

Но вот причины появления брака можно структурировать.

Физический износ оборудования
Неправильно выбранное оборудование
Нештатный режим работы оборудования

Первый случай самый тяжелый. Правильное решение очевидно, но от нас ждут другого.

Второй случай - самый понятный. Бенчмаркинг и т.д.

Третий случай - самый интересный. Работа на нештатных режимах не установлена изначально.

Звездочками отмечены операции, где брак возникает чаще всего. Очень похоже на ПС-вскую карту создания ценности с указанием проблемных участков, не правда ли? Собственно, оттуда и взято. Инструмент замечательный, почему не воспользоваться…

Правда, при этом я взял только один из видов проблем – брак.

В приведенном примере нештатный режим работы оборудования на схемах не указан и приводит не столько к браку, сколько к снижению качества. Определяется в данном случае неритмичностью подачи и нестабильностью состава диффузионного сока.

Возвратные отходы

Возвратные отходы на производстве часто вовсе не воспринимаются как потери (какие потери; мы же возвращаем это в процесс!).

НО: сырье, ушедшее в возвратные отходы, прошло, по меньшей мере, несколько операций. Т.о., на производство возвратных отходов затрачены определенные ресурсы (работа, энергия etc). Поэтому, возвратные отходы являются весьма серьезным источником роста себестоимости, а значит, серьезным ресурсом ее снижения:

Полимер, вытекший из экструдера, вроде бы тут же в него и возвращается, но стоит производителю как сырые гранулы + затраты, произведенные на "производство" этих капель полимера.
Пыль, уловленная во время гранулирования, возвращается в гранулятор, но стоит дороже на стоимость работы пылеуловителя, двукратную сушку этой пыли и на снижение реальной производительности оборудования.
Приведенный чуть выше пример, когда стартовые потери в производстве кускового сахара возвращаются в смеситель. Но ведь туда идет уже не просто сахар, а сахар, прошедший какую-никакую обработку.

После того как мы посмотрели структуру потерь и их особенности самое время задать вопрос: ну и что нам с этим делать?

Вообще говоря - думать. Но в принципе можно рассмотреть две стратегии: перфекционистскую и пофигистскую (перфекционисты могут подобрать другой термин…).

Обе имеют право на жизнь, и выбирать одну из них необходимо по обстоятельствам проекта: сколько ресурсов, насколько жесткая стоит задача и т.д.

Перфекционизм подразумевает поиск наилучшего решения во что бы то ни стало. Бывает необходим. Скажем, в вопросах безопасности.

Как мы упоминали выше, любая проблема может быть решена. Это всегда вопрос времени, денег и других ресурсов. На высоком уровне именно так сейчас ставят вопрос разного рода зеленые, требуя остановить выброс углекислого газа в атмосферу ВО ЧТО БЫ ТО НИ СТАЛО. Не будем обсуждать реалистичность такой постановки вопроса. Но, скажем, требования к безопасности атомных реакторов именно таковы и это вряд ли вызывает серьезные сомнения.

Пофигизм подразумевает решение задачи на приемлемом уровне. И это тоже вполне ТРИЗовский подход. Еще со времен Альтшуллера в нашем сообществе было признано, что ТРИЗ дает вовсе не наилучшее решение (перфекционизм), но достаточное (пофигизм) для удовлетворения потребностей заказчика. Об этом сегодня часто забывают, но забывать об этом не стоит.

Оба термина, конечно, очень условны. И в любом реальном проекте необходимо понять (или выбрать) ту грань качества, которая все же необходима. Но и далеко заступать за нее не стоит.

Например, при строительстве одного завода базальтовой ваты было поставлено условие (и потом никто уж не мог сказать, откуда это условие взялось): толщина базальтовой нити должна быть 15 мкм +1 мкм. В результате завод находился на грани банкротства. Простое предложение позволить себе толщину +2 мкм позволило снизить себестоимость почти в два раза. А потребителю оказалось практически все равно (качество упало на порог точности измерения).

Но это относится уже к области устранения недостатков, а не их поиска и анализа.

Ресурсы.

Слово ресурсы у любого правоверного ТРИЗовца вызывает ассоциацию с «ресурсным анализом», «привлечением свободных ресурсов». Это абсолютно правильно, но имеет отношение к анализу сформулированной проблемы. Или даже к направлениям ее решения. Здесь же мы ищем сами проблемы.

Поэтому здесь поговорим о тезисе «любая операция потребляет ресурсы и это плохо».

Действительно, хорошо было бы, чтобы лампочка светила, не потребляя энергии. И чтобы этот процесс не требовал подключения человека. Ну, и чтобы не перегорала никогда. И так далее.

Разумеется, потребление ресурсов чаще всего именно неизбежно. Но никто не запрещает нам поставить вопрос о сокращении потребления ресурсов (то есть – ослабления вредной функции, раз уж полностью устранить ее нельзя).

Проблема же в том, что затраты ресурсов часто рассматриваются «котловым методом», когда затраты распределяются равномерно по производству и учитываются «в целом».

Но в реальном производстве мы тратим этот ресурс не «в целом», а на конкретных участках.

Если аккуратно расписать расход ресурсов по отдельным операциям, картина может

(не обязательно, впрочем!) поменяться радикально.

Почти очевидный пример.

Автомобиль потребляет сколько-то бензина на 100 км. Но все ведь отлично знают, что при езде в городе, особенно большом, он потребляет значительно больше. Потребление идет на бесконечных остановках и последующих стартах.

Мы сожгли топливо, запасли полученную энергию в виде кинетической энергии автомобиля и тут же бездарно сбросили ее в пространство при торможении. И так много раз. В результате получаем удивительный факт: чем быстрее едешь (в среднем), тем меньше тратишь бензина. Собственно, энергетическая эффективность гибридов и основана во многом на рекуперации энергии.

В нашем сквозном примере:

Здесь все-таки еще пару слов про технологию.

Осадив грязь на хлопьях известкового молока, мы получаем грязевую суспензию.

Но поскольку сорбционная способность извести исчерпана здесь не полностью, мы значительную часть этой суспензии возвращаем в начала процесса.

Одним из расходуемых ресурсов является известковое молоко. Причем, на 1 дефекацию идет 6,8% (к массе сока), на вторую 1,2%. В результате выделяется грязевая суспензия: мел, загрязненный абсорбированными загрязнениями. И именно 1-я грязевая суспензия идет на возврат, возвращая попутно с полезной суспензией и большое количество загрязнений. Около 50% всех вычищенных загрязнений возвращается в начало процесса!

Было бы гораздо эффективнее делать возврат относительно чистой 2-й суспензией (сохраняя полностью полезный эффект, но заметно ослабляя вредный). Но 2-й суспензии просто не хватает. Если же подавать на 2 дефекацию много извести, то вырастет ее расход без заметного эффекта очистки. Решение возникающего противоречия привело бы к увеличению выхода белого сахара на 3-4%. Решение пока не найдено, но на этапе анализа важно поставить правильную задачу!

Но здесь важно уточнить: на дворе у нас XXI век и непоставленная задача не имеет шансов быть решенной!

В целом же вопрос о минимизации расхода ресурсов очень близок к вопросу о минимизации потерь (теряем же тоже именно ресурсы).

Технологическая цепочка.

Составление технологической цепочки выглядит вещью почти очевидной. Если вы специалист в данной области, но решили применить новый метод анализа – тут вообще не о чем говорить. Цепочку на том уровне, который мы описали выше, должен составить (и составляет) любой вменяемый профессионал. Если вы пришли как консультант на новое для себя производство, проблема тоже не слишком сложна: берешь любого местного технолога, подвешиваешь на дыбу и пытаешь, пока не признается.

В целом процедуру мы обсуждали в главе «Процедура составления модели». Но ТРИЗ-анализ полученной ранее технологической цепочки, разумеется, несколько отличается от традиционных отраслевых подходов (отнюдь не отменяя при этом их необходимости и важности!) и дает нам дополнительные возможности.

Давайте вспомним функциональный подход. Методика ФА настоятельно рекомендует обобщать функции (особенно их глагольную часть). Болт не фиксирует деталь, а удерживает ее (даже если цель – зафиксировать). Двигатель не запускает ракету, а толкает ее (пусть и с целью запустить). Особенно важно это для систем-процессов, которые мы сейчас и рассматриваем. Нагреватель не нагревает, а греет (температура объекта ведь может при этом и не расти).

И тут (при обобщении) возникает интересная возможность. Любой набор действий (операций) может быть описан очень простым набором действий, каковых, на самом деле, всего шесть:

нужно нечто

растолочь,
перемешать.
разогреть.

Плюс три инверсные операции

соединить,
рассортировать,
остудить.

Несколько десятков миллионов выпускаемых в мире изделий и столько же техпроцессов приведут к появлению каких-то специфических действий: подсчитать, разогнать и т.д.

Но при достаточно широком толковании терминов этих шести хватит почти всегда.

Правда, толкование должно быть очень широким.

И из этого следуют крайне важные выводы:

Имеется широчайшее поле для функционального поиска (разогреть можно всего-то 5-6 способами – а значит, всегда можно поискать, а как поступают в аналогичной ситуации смежники)
Можно свести любую технологию к очень небольшому набору принципов действия. И тут начинают прекрасно работать вепольный анализ и система стандартов.

В простых случаях технологию, действительно, можно расписать цепочкой (не обязательно линейной) таких просто сформулированных операций. Все оказывается достаточно просто и понятно, это приближает нас к идеалу любителей функционального моделирования - модель системы как набор клеточек с одинаковыми по названию стрелками.

Поясним на нашем сквозном примере:

Собственно, здесь просто проиллюстрирован предыдущий вывод. А именно то, что каждую из описанных выше операций можно выполнить другим способом. Причем: очень небольшим числом способов.

Если отвлечься от специальной терминологии, то все отмеченные здесь операции сводятся именно к двум прямым действиям «смешать», «разогреть» и одному инверсному «разделить».

При этом можно свести любую технологию к очень небольшому набору принципов действия. Появляется широчайшее поле для функционального поиска (разогреть можно всего-то 5-6 способами – а значит, всегда можно поискать, а как поступают в аналогичной ситуации смежники). И вполне может оказаться так, что принцип действия, примененный ранее, при проектировании завода, сегодня в новых условиях уже не является оптимальным.

Правда, это неплохо работает при проектировании новых производств. Если имеется уже работающее, то чаще всего примененный вариант операции все-таки оптимален. Но опять-таки: мы поставили задачу. Разумеется, это вовсе не означает, что нужно все время менять принцип действия (см. развитие по S–образной кривой).

НО если мы отказались от других решений, то уже осознанно, а не просто потому, что так отцы и деды нам завещали…

Например:

На схеме показан техпроцесс сахарного производства на верхнем уровне (синим выделен рассмотренный выше участок).

Можно с легкостью предложить еще несколько техпроцессов для пищевых производств, реализующих (на верхнем уровне) ровно ту же схему.

И это дает нам новые возможности для совершенствования технологии:

Посмотреть как это делается в других отраслях. Скажем, в фармакологии или технологиях обогащения минерального сырья (просто заменив термин растительное на что-то иное и заменив водную вытяжку вытяжкой другими растворителями). Метод отсылает нас к известному в ТРИЗ методу функционально-ориентированного поиска и аналогичным в других методиках.
Наоборот, применить имеющуюся технологию для производства других продуктов.

Разумеется, различия на более глубоких системных уровнях могут оказаться слишком велики. Тем не менее, один из таких вариантов сейчас разрабатывается нами на уровне НИОКР. В случае удачи получится увеличить время работы завода с 3-4 месяцев до 5-6 месяцев.

Принципы анализа технологии.

Основных принципов, специфических для ТРИЗ-анализа, всего три:

Любую технологическую операцию можно выполнить более чем одним способом, но технология чаще работает эффективнее, если однотипные операции проводятся одним методом.
Последовательность проведения операций часто не является однозначно заданной, даже если на первый взгляд это так и есть.
Параметры операций и соответствующего им оборудования должны быть максимально согласованы. Совершенно очевидное требование с неочевидными выводами из него.

Разумеется, нельзя забывать и об отраслевых и общетехнических, которыми пренебрегать тоже нельзя, как было сказано чуть выше. Впрочем, это замечание касается любой работе в ТРИЗ (и в любых других методах создания инноваций). Иначе слишком велик риск совершенствования сферического коня в вакууме.

Любую технологическую операцию можно выполнить более чем одним способом.

Первый из принципов мы уже обсуждали. Давайте посмотрим. В нашем процессе имеется несколько операций фильтрации, то есть отделения одного от другого.

И они реализованы тремя разными способами!

Простая фильтрация
Пресс-фильтрация
Отстой

Куда уж больше! Другое дело, что в данном конкретном случае тканевый и пресс-фильтры применены «по делу». А вот операция отстоя – очень грубая, некачественная и применяется только по старинной привычке.

Последовательность проведения операций часто не является однозначно заданной.

Сама эта последовательность в значительной мере должна определяться из соображений потерь сырья и затрат ресурсов. Иногда это целесообразно даже в ущерб оптимальности отдельных операций.

Принято считать, что уж порядок операций техпроцесса если не предопределен, то, как минимум, однозначно задан. Это одно из очень распространенных заблуждений и поэтому - огромный ресурс для совершенствования процесса.

По отношению к порядку проведения все операции можно разделить на две основные группы:

Операции с "генетически" заданным порядком
Операции, независимые друг от друга

Операции с "генетически" заданным порядком

Разумеется, бывают и такие пары, но их не сразу и найдешь!

Например, реактивы следует сначала смешать, а только потом разогреть для проведения реакции. Это настолько очевидно, что не сразу приходит в голову сначала разогреть, а уж потом понемножку подмешивать.
Еще пример. Диффузию примеси в полупроводниках, разумеется, можно проводить только после внесения собственно примеси. Тем не менее, одна из волн резкого удешевления полупроводниковых приборов была связана в 1960-70х годах с применением диффузии из газовой фазы, когда и внесение примеси, и ее диффузия стали проводиться одновременно в одном процессе.
Совсем уж странный пример. Выпекать пирожки (нагревать) раньше замеса теста, казалось бы, совсем нельзя. Но если бы кто-то в свое время в этом не усомнился, мы не знали бы такой штуки, как заварное пирожное.

Я привел примеры таких пар операций, когда "естественный" порядок их выполнения вроде бы задан. Во всех этих трех примерах (их можно и продолжать) МОЖНО поставить вопрос о том, что будет, если порядок переменить.

Гораздо чаще речь идет об операциях с привычным порядком. Ну так с вредными привычками следует бороться, а не поощрять их.

Разумеется, отсюда не следует, что его нужно все время переменять…

Возьмем наш пример:

(нижняя часть рисунка опущена)

Метод очистки сока заключается в разрушении коллоидного раствора первоначального сока.

Традиционно осаждают коагуляцией с образованием частичек гидроокиси кальция (гашеная известь). Далее подается углекислота и возникает карбонат кальция. А проще мел. Карбонат связывает еще некоторую часть несахаров.

Метод придуман в 1802 году! И ничего лучше пока так и не предложено.

Но процесс имеет огромный недостаток: после фильтрации частицы вновь подаются в начало процесса: как уже упоминалось, на т.н. преддефекацию подаем грязевую суспензию. Точнее, подаем мелкодисперсную суспензию мела СаСО3, грязь идет попутно. Саму же суспензию получаем на операции сатурации Са(ОН)2+СО2 ® СаСО3 + Н2О. Просто взять мел и сделать из него суспензию невозможно: нужна очень мелкая дисперсия,

Таким образом получается, что мы отфильтровав какую-то часть загрязнений ровно половину из них тут же подаем обратно в раствор. Неудивительно, что даже теоретически степень очистки составляет не более 50%. А реально меньше, конечно.

Но если формировать этот коагулянт не в соке (где он тут же загрязняется), а в воде, то очистка сока заметно улучшится. Другое дело, что в процессе будет потребляться в два раза больше известкового молока, но зато степень очистки сока резко вырастет. А значит, уменьшится главная потеря сахара – потери в мелассу.

Эксперимент в лаборатории показал положительный эффект, но дальше дело пока не пошло. Дело в том, потери сахарозы в мелассу не совсем потери – меласса тоже является продуктом и продается. Хотя и дешевым. Но главное – потребовалось бы серьезное изменение техпроцесса с реконструкцией важного участка. То есть – инвестиции. Поэтому сработало правило «и так сойдет».

Тут имеет место обычная психологическая инерция. Я уже упоминал, что процесс создан в 1802 г.

В те времена известь была довольно дорогой штукой. Поэтому задача ее максимально эффективного использования стояла остро. Как же так! Выбрасывать в отходы известь, еще не до конца отработанную!!!

Принцип получения извести за последние 2000 лет практически не изменился.

Известково-обжигательные печи разных веков:

Но вот техническое решение изменилось радикально. В итоге сегодня известь – один из самых дешевых видов сырья.

Кроме того, еще сравнительно недавно патока, которую мы получаем из-за недостаточной очистки сорка на этой стадии, была достаточно ценным продутом (содержала до 75% сахарозы и использовалась очень широко). Сегодня это – нечто практически несъедобное, применяется все меньше.

Так что, психологическая инерция здесь имеет глубину многих поколений. Учителя учителей сегодняшних технологов выросли на необходимости именно возвращать суспензию (вместе с грязью) в процесс. Это ж покушение на основы основ!

Вот уж инерция – так инерция.

Операции, независимые друг от друга.

Возьмем простую деталь.

Для ее изготовления требуется выполнить три действия.

1) Снять фаску с граней

2) Просверлить отверстия

3) Отшлифовать

Технически порядок выполнения всех трех действий можно менять в любом сочетании. Но вот с точки зрения технологии разница может быть огромна.

Каждая операция потребляет ресурсы и продуцирует брак. И понятно, что

Выгоднее выполнять сначала ту, где больше брака (меньше придется выполнять последующих операций),
Выгоднее выполнять сначала ту, где больше потребление ресурсов (меньше суммарно потерь)

Один из самых убедительных примеров был в старом проекте. Производство многослойной упаковочной пленки. Там по большому счету две операции: ламинирование и печать картинки. Традиционно (примерно с 1958 г., когда и было установлено оборудование) делалось именно в этом порядке. Однако, к моменту нашего проекта (примерно 2008 г.) стоимость операции печати в разы превышала стоимость ламинирования (краска дорожала полимер дешевел). Кроме того и потери в операции печати были гораздо больше. Простое предложение поменять порядок операций привело к снижению себестоимости сразу где-то на 3-5%. Цена вопроса при этом была всего 2-3 часа на переналадку. Правда, настолько эффектных и эффективных примеров мало. Но это и так общее правило: эффектность и эффективность решения редко совпадают.

Параметры операций и соответствующего им оборудования должны быть согласованы.

Согласованию параметров операций и оборудования между собой уделяется много внимания, особенно, на этапе проектирования. Тем не менее, можно утверждать, что: технологический процесс никогда не бывает полностью согласован.

Поскольку:

Во-первых, это следует из самых общих соображений типа "nothing is perfect".
Во-вторых, даже если изначально устанавливалась очень хорошо согласованная линия, с первого дня работы начинается изменение условий процесса. Т.е. идет постоянное рассогласование процесса и условий.
В-третьих, мы работаем как раз для таких техпроцессов, где далеко не все в порядке.

В принципе, здесь речь идет о старом добром законе повышения согласованности. Закон один из самых проработанных среди других законов развития техники. Имеет множество механизмов. Здесь о нем особенно говорить не будем. Хочется верить, что все присутствующие изучали ЗРТС. Если вдруг нет, то настоятельно рекомендую.

Книга Trends Guide двух Мастеров ТРИЗ С.С. Литвина и А.Л. Любомирского, на мой взгляд – лучший из вариантов. Хотя есть, конечно, и другие.

Главный же тезис получается таким: никакая технология никогда не бывает полностью согласована.

Причин несогласованности много. Опять же – рекомендую обратиться к курсу ЗРТС. Но спе-цифически технологических две:

Замена оборудования
Изменение условий работы.

Никогда в процессе замены оборудования не делается такой тщательной проработки множества деталей, как при начальном проектировании.

А если и делается, то реально устанавливается такое оборудование, которое нашлось на рынке. И крайне редко оно удовлетворяет всем нашим хотелкам.

Но главное – изменение условий работы.

Изменение условий, в которых мы работаем, всегда начинается с самого первого момента. Да хотя бы – другое сырье. Например, в 80-е годы в СССР монокристаллы кремния для электроники выпускали завода: в Красноярске и Ставрополе. И каждый раз была беда, когда поступал кремний с другого завода. Не то, чтобы один был хуже другого. Просто, они были немного разные. Оба соответствовали всем формальным требованиям – но все же разные. И так всегда. А переналадка техпроцесса в микроэлектронике, это, доложу я вам…

В примере с сахарным заводом ситуация еще больнее: на двух соседних полях свекла всегда будет разной по своим параметрам. И просто, если взять два мешка свеклы из одного бурта и проверить – будут очень разные результаты. Так что, тут условия работы меняются не то чтобы из года в год, а вовсе ежесекундно.

Специфические параметры несогласованности техпроцессов

Как я сказал чуть выше, рассогласованность возникает по огромному количеству параметров. Здесь приведем только наиболее часто встречающиеся и специфически производственные.

Производительность оборудования на разных операциях (если на одну единицу оборудования требуется несколько единиц на соседних операциях или если какие-то виды оборудования работают меньше других).
Разный возраст оборудования (например, на сахарном заводе возраст оборудования составляет от 60 до 4 лет; говорить о согласованной работе не приходится)
Количество остановок оборудования (если простои разных единиц оборудования, особенно однотипного, заметно отличаются друг от друга).
Когда режимы операций обеспечиваются "на краях" паспортных значений оборудования (из диаграммы производительности операций очевидно, что многие операции работают с огромным перегрузом; помимо износа это сказывается на качестве продукции)
Цикличность техпроцесса (если полуфабрикат проходит через одну и ту же единицу оборудования несколько раз).
Избыточное количество вспомогательных операций (если между операциями переделов полуфабрикат проходит через несколько транспортеров и бункеров).

Нужно понимать, что такая ситуация не всегда требует нашего вмешательства. Да, конечно, все перечисленные признаки – суть признаки наличия недостатков. Но очень часто бывает так, что устранение такого недостатка будет гораздо дороже и болезненнее, чем сам недостаток.

Здесь нужно каждый раз тщательно и честно считать.

Тем не менее, недостаток всегда остается недостатком. И есть большая разница между ситуацией, когда мы его отбросили за малостью или когда мы его просто не заметили.

И очень важная рекомендация для консультантов, пришедших на чужое производство: ВСЕГДА необходимо исходить из презумпции квалифицированности и вменяемости местных кадров. Это не всегда, конечно, так. Но в любом случае, самый бестолковый местный кадр знает о своем производстве неизмеримо больше любого заезжего консультанта. К сожалению, об этом приходится напоминать…

Производительность оборудования на разных операциях.

Красная вертикальная черта – номинальная производительность завода. Рамкой обведен участок, где была проведена полноценная реконструкция.

Пример того же сахарного завода:

Оборудование не согласовано по производительности. И из-за этого часть оборудования работает на пределе возможностей.

Буковки и циферки тут мелкие, но нам же сегодня не частности нужны. Общая картина видна хорошо: производительность некоторых единиц оборудования в три раза меньше общей. А некоторые другие – существенно выше. Недостатком являются обе ситуации.

Слабое оборудование – тут все понятно.

Избыточное оборудование тоже ведь нехорошо. Хотя бы потому, что оно стоит дороже.

В данном случае (на этом заводе) ситуация возникла из-за того, что была проведена реконструкция, но проведена не полностью: череда кризисов, кончился поток инвестиций и все такое. Но если посмотреть повнимательнее, то выясняется, что были сделаны серьезные ошибки при планировании и проведении реконструкции.

Как эту ситуацию исправлять, не очень понятно, но недостаток фиксируется немедленно.

Разный возраст оборудования

В результате такой неполной реконструкции возник и второй из названных специфических недостатков: возраст оборудования составляет от 60 до 4 лет. Понятно, что здесь не только физический износ, но и в огромной степени моральный: для многих видов оборудования при сохранении принципа действия меняются и принципы конструирования, и материалы, и многое иное.

Количество остановок оборудования

Никакое оборудование не может работать постоянно. Помимо плановых остановок всегда есть и будут внеплановые (в том числе – очень короткие). Причины этого разнообразны и не обязательно связаны с поломками. Например, какое-то оборудование заметно превосходит другое по производительности и, соответственно, часто стоит, просто ожидая «своей очереди поработать».

Различная частота внеплановых остановок, не связанных с ремонтами и ППР всегда означает либо несогласованность по производительности, либо заметно разную степень износа. Последний вариант, кроме того, что износ сам по себе плох, означает еще и невозможность как-то синхронизировать различные плановые или почти плановые остановки.

Несогласованность тесно связана с первыми двумя пунктами, что не означает, что она не существует сама по себе.

Режимы операций обеспечиваются "на краях" паспортных значений

Показанная выше несогласованность по производительности (фактической, не только паспортной) может приводить еще к одному серьезному недостатку.

Почти любое оборудование можно разогнать до минимально необходимого параметра работы. В моей практике был выпуск »1200 кг печенья в час на линии штатной производительностью 1000 кг/час. Для этого пришлось загнать оборудование далеко за штатный режим работы. Тогда это было оправдано рядом причин, но износ оборудования был повышен вовсе не на 20%, а где-то раза в два. Помимо прочего часто это приводит еще и к снижению качества выполняемых операций. В нашем примере сахарного завода свекломойка (свеклу с полей нужно же предварительно отмыть от грязи) имеет штатную производительность (см. диаграмму выше) 6000 тонн/сутки при том, что производительность завода была выведена на 7000 тонн/сутки. Разогнать участок 6000 ® 7000 технически было несложно. Но качество отмывки сильно страдало. А это тянуло за собой шлейф проблем на последующих переделах.

Необоснованная технологически цикличность техпроцесса

Технологический процесс по определению есть последовательное преобразование сырья или полуфабриката с необратимым изменением параметров на каждом переделе. Поэтому цикличность (возвращение на предыдущие операции) может быть оправдана только в редких случаях вроде покраски в несколько слоев. В большинстве же ситуаций это означает явную и серьезную несогласованность.

Избыточное количество вспомогательных операций

Вспомогательная операция в системе процесса – такая операция, которая НЕ производит необратимых изменений в продукте. Основные виды: транспортные, накопительные, измерительные и исправительные. Понятно, что такие операции почти всегда являются прямым следствием несогласованности операций производящих (производящих необратимые изменения). И это понятно: не производя полезных изменений в продукте, они подчас съедают до 90% трудоемкости и других ресурсов.

Идеальным был бы техпроцесс без транспортировки, накопления и исправлений. Неким приближением к идеальному результату могут служить револьверные обрабатывающие центры и, например, револьверный метод микрохирургии у Федорова

Но это до сих пор единичные виды техпроцессов, остающиеся мечтой для большинства других. Господствует по-прежнему конвейерный метод. Разве что от исправительных операций все чаще отказываются.

Несложно увидеть, что все эти специфические параметры рассогласованности, присущие в основном техпроцессам, тесно связаны и часто просто вытекают друг из друга. В этом нет ничего особо удивительного: техпроцесс (как и любой вообще процесс) есть комплекс взаимосвязанных операций. Поэтому и рассогласованность по какому-то параметру или признаку практически неизбежно вызывает рассогласованность по другим.

Но есть в этом и свой плюс: сравнительно легко выявить ключевую причину и сосредоточиться именно на ней (но методику ПСЦН здесь мы разбирать не будем).

Цикличность аппаратного обеспечения техпроцесса.

Как отмечалось, сам технологический процесс циклическим быть не может. Но вполне реальны ситуации, когда разные операции осуществляются на одном оборудовании. Тогда и возникает аппаратная цикличность. Здесь, как всегда, могут быть разные варианты:

Действительно одинаковые операции, проводимые с полуфабрикатом последовательно. Таких очень немного. Можно вспомнить многослойные платы и окраску в несколько слоев. Это тот редкий случай, когда цикличность процесса не означает его несогласованность. Другие примеры даже трудно и припомнить.
Очень похожие операции, проводимые в близких режимах. Ситуация встречается очень часто, может быть экономически обоснованной, что не лишает процесс несогласованного характера.
Особый случай кажущейся цикличности, но все равно определяемый неполным согласованием техпроцесса: проведение на одном оборудовании похожих операций разных технологических процессов. Например, в одной и той же печи выпекают разные булки. Но нужно помнить, что оптимальные режимы для такой выпечки все равно разные. Значит, либо выпечка будет проведена с невысоким качеством, либо печь требует постоянной переналадки.
Еще один особый случай цикличности - возвратные отходы. Очень многие производства возвращают брак в переработку. Часто даже пишут количество возвратных в рецептуре. Знаю примеры, когда приходилось специально загонять в возвратные вполне пригодную продукцию, поскольку такой специфический вид сырья заметно влиял на готовый продукт. Здесь цикличность тоже выглядит кажущейся - просто возникает особый вид сырья. Но это не так. Ведь сами возвратные возникают из-за каких-то проблем в техпроцессе. И это может многое сказать о технологии.
Прямая нелепость, связанная либо с непродуманностью, либо с какими-то более серьезными причинами, но в любом случае приводящая к большим проблемам на производстве. Как видим, цикличность в аппаратурном выполнении технологического процесса почти всегда является признаком наличия серьезных недостатков, а иногда и их прямой причиной. Другое дело, что устранение таких недостатков почти всегда требует инвестиций.

Индикаторы возможной не согласованности технологии.

Очень часто у нас нет возможности глубоко изучить процесс. Часто нет возможности изучить его даже поверхностно. Типовая ситуация: на проект дают 1-2 месяца в области знаний, о которой ты раньше даже не подозревал.

А если производство где-то далеко? Тогда реально посетить производство можно два-три раза по два три дня (а иногда и два три часа).

Поэтому необходимы некие индикаторы, которые можно легко увидеть буквально при первом подходе к теме и первом проходе по цеху. И знать, что именно на этот момент нужно обратить дополнительное внимание, запросить дополнительную информацию и т.д.

Много промежуточных вспомогательных операций

На схеме технологического часто можно увидеть несколько идущих подряд транспортных операций и бункеров. Их наличие, возможно, объясняется какими-то разумными причинами. Тем не менее, факт несогласованности остается: транспортная операция - все равно операция.

В т.ч. наличие промежуточных накопителей.

Надежный индикатор несогласованности оборудования по производительности. Чаще всего: низкая производительность и/или надежность предыдущей операции.

Наличие "неродного" оборудования в составе линии

Наличие в процессе явно "чужой" единицы оборудования есть явный признак рассогласования линии по параметру. Почему так - не важно. Важно, что хорошего согласования оборудования при частичной замене обычно уже не происходит. Часто вовсе никакого не происходит.

Цикличность аппаратного построения линии

Из определения операции следует, что техпроцесс сам по себе циклическим быть не может: в крайнем случае - ветвистым. Но очень часто сырье или вспомогательный материал возвращается по линии назад. Возникает аппаратная цикличность

Но только нужно помнить, что здесь приведены НЕ ПРИЗНАКИ недостатков, а всего лишь ИНДИКАТОРЫ ВОЗМОЖНОГО наличия таких недостатков. Этакие флажки на карте.

Самих недостатков может и не оказаться. Но обратить внимание уже можно и дальше в спокойной обстановке разбираться. Более того, даже если мы зафиксировали недостаток, вполне может оказаться, что его легче пропустить, чем устранять (хотя бы из экономических соображений).

Ну и необходимо помнить, что таких индикаторов может быть гораздо больше и они могут быть разными для разных отраслей. Здесь приведены только самые общие, работающие всегда.

Например:

Здесь красным помечены такие вспомогательные операции, как промежуточное хранение.

И что мы видим? 9 разного рода сборников (считая дозреватель, который тоже, по сути своей, сборник) на 9 передельных операций!

Ситуация массовая, встречается практически везде. Но нужно понимать, что:

Хранение – тоже операция. Не производя полезных изменений в продукте, эта операция также приводит к отходам и потребляет ресурсы. Кроме того, это – ясный сигнал о несогласованности основного оборудования, иначе зачем нужно какое-то хранение: если процесс идет ритмично, то продукт с одного передела тут же идет на следующий.

В данном случае причина очевидна: уже упоминавшееся рассогласование оборудования по производительности. Но фиксируется немедленно просто в ходе первой прогулки по цехам.

Причем, как выясняется, паспортная производительность оборудования именно на этом участке неплохо согласована. Значит, несогласование имеется по фактической производительности (количество и длительность остановок и т.д.). Как видим, уже первый, весьма пока поверхностный, взгляд на ситуацию позволяет ставить вопросы. Дальше уже нужно искать на них ответы, в том числе с местными специалистами.

Другой пример. Цикличность построения линии.

Мы старательно отделяли сахар от загрязнений и тут же половину из них засыпали обратно! В этом есть свои резоны, но факт остается: даже теоретически степень очистки может составить не более 50%.

Едва увидев эту цикличность, я сразу же заподозрил неладное и потом два года с ней разбирался (не я один, конечно). Проблема пока так и не решена. НО: само наличие проблемы выявилось практически сразу.

Именно об этой проблеме мы уже поговорили, повторяться не буду. Но тут есть еще один момент, который в данном примере не основной: возвращаемые в начало процесса компоненты ведь стоят уже дороже. Мы же потратили на их обработку какие-то ресурсы. Так что получается, что эта самая грязевая суспензия мало того, что грязная, так еще и стоит дороже первоначальной извести. Этот важный момент часто не учитывают, потому что себестоимость смотрят обычно «котловым» методом. Но вспомните один из первых тезисов, который я назвал еще в самом начале: необходимо учитывать постепенность и неравномерность расходования ресурсов в ходе процесса.

Если это сделать (хотя это трудно и не всегда удается), то многие процессы окажутся совсем не такими красивыми, как на картинке.

Изменения сырья в производстве

Важная причина появления несогласованности выполнении операций.

Здесь есть два серьезно отличающихся варианта.

А. С течением времени параметры сырья изменились. Получали руду из одного карьера, стали получать из другого. Гранулы от одного завода заменили на гранулы от другого. Да в конце концов, информацию от РИА сменили на информацию от ВВС.

Пример с поставками монокристаллического кремния разных заводов я привел выше.

Вот другой пример.

Угольнообогатительная фабрика. Работают с одним и тем же месторождением. Но периодически меняются пласты. В табличке (из другого источника) показаны основные параметры разных пластов

Хорошо видно, что ключевой параметр угля меняется в два раза. Менее важные на порядок. Технология обогащения сравнительно некритична к таким изменениям, но все же подстройки приходится делать. В результате реальные параметры работы оборудования были очень далеки от тех, что прописаны к техкартах.

Но вывод о несогласованности этого типа (а значит, и о наличии недостатка) можно сделать только после того, как эта смена сырья выявлена. При этом внешний консультант вполне может об этом просто не знать. Да внутренний эксперт тоже, если завод старый, а сотрудник молодой.

Какой же индикатор может здесь помочь?

Работа оборудования на границе рабочих диапазонов. А иногда и за этой границей. Со всеми вытекающими для оборудования последствиями.

В. Колебания параметров сырья в течение одного цикла работы (например, смены). Например:

Сахаристость свеклы и количество растворимых несахаров в ней колеблются год от года и от поля к полю на 30-40%. В результате этого, а также нестабильности работы предыдущих участков полуфабрикат для операций очистки сока отличается в течение смены на 20-60%.

В табличке показаны результаты трех последовательных измерений главных измеряемых параметров того самого свекольного сока, который мы чистим в нашем примере. Три измерения делаются с интервалом 4 часа. Разница в 1,5 раза. При этом весь процесс рассчитан на условные «средние» параметры без попыток учета постоянно изменяющейся обстановки. Более того, когда провели эксперимент со снятием образцов каждые 15 минут, результат оказался практически тем же. Причина понятна – нестабильность параметров сырья. Как с этим быть непонятно, но задача становится понятнее.

Изменение конъюнктуры рынка

Важная причина несогласованности - изменившиеся условия: что и сколько производить. Часто ситуация меняется настолько быстро, что заменять оборудование просто нецелесообразно. Гибкости же технологии и оборудования часто не хватает. Если же взять линию, создававшуюся заранее как гибкую (так вынуждены поступать все, кому приходится часто менять номенклатуру), то она вынужденно будет в какой-то мере универсальной, что всегда делает ее хоть чуть-чуть, но не оптимальной.

И поэтому приходится выпускать новую продукцию на старом оборудовании.

Что-то там подкрутили, подклепали и вперед. Сахарного завода это почти не касается: сахар остается сахаром, свекла тоже. Хотя, например, требования к экспортному варианту сахара изменились и стали более жесткими. Завод просто не может производить сахар на экспорт. Были предприняты героические усилия (на другом участке), так что параметры производимого сахара приблизились к новым требованиям. НО: ценой снижения производительности и роста отходов. В данном случае от этого просто отказались. Но отказались именно тому, что рассогласованность работы участков стала стремительно нарастать.

Чуть более глубокие изменения в конъюнктуре производства того же сахара: в 1960-е годы отпускная цена сахара была порядка 30 коп. за кг, а бензина 8 коп. за литр (остальные виды энергии аналогично). Сегодня отпускная цена сахара с завода порядка 30 руб./кг, а бензина порядка 60 руб. за литр. Как видим, соотношение цен изменилось в несколько раз, почти на порядок. И если в 60-е годы, когда и строились почти все наши сахарные заводы, экономия энергии была неважна, то сегодня это важнейший компонент себестоимости (особенно если учесть топливный компонент в себестоимости сырья).

Фиксация задач

Собственно – то, для чего все затевалось.

Если из анализа не сделать выводы – то и анализ в общем-то, не нужен. Выводом из анализа и должен в подавляющем большинстве проектов быть список задач для последующего решения.

Формулировка недостатков

Для начала необходимо сформулировать выявленные недостатки.

Использовав эти (и некоторые другие) принципы для анализа приведенного выше примера очистки диффузионного сока, мы обозначили около 30 (!) недостатков на данном участке техпроцесса. На схеме они обозначены синими кружками.

Фиксация выявленных недостатков списком

Приведу небольшой фрагмент списка:

В результате работы участка очистки сока (согласно данным «расчет продуктов для ЗАО «Сахарный завод «Свобода» за 2017 год, КНИИХП) из сока выделяется только около 0,4% несахаров (проценты к массе свеклы) при начальном содержании 2,01%. Таким образом, участок очистки очищает только 20% всех содержавшихся на входе несахаров, подлежащих очистке.
Значительная часть отфильтрованных загрязнений возвращается на более ранние операции.
При выборе технологических параметров процесса никак не учитываются параметры самого сока. В частности, количество известкового молока регулируется только до достижения требуемых тех. картой значений рН.
Нестабильность основных операций процесса очистки по параметру «производительность». Много буферов. Недостаток формальный. Решений особо нет, но многие буфера сегодня недостаточны – попытаться выявить причины рассогласования работы предыдущего и последующего оборудования и устранить их.
Не сходятся балансы (касается всех основных участков от диффузии до кристаллизации)
Низкая управляемость отдельных операций.

25.1. Контроль и управление процессом клерования желтых сахаров ведется «на глазок»

25.2. Зеленая патока распределяется на вакуум-аппараты II и III продукта на основании расчета, выполняемого вручную.

Фиксация выявленных недостатков в таблице

Далее ВСЕ эти проблемы были сведены в таблицу. Собственно, таблица была главным итогом работы. Здесь также приведен только один ее фрагмент:

Постановка задач

Ранжирование выявленных недостатков

Еще один важный нюанс.

Перед тем, как решать всю эту груду получившихся задач, их нужно (каждую отдельно!) тщательно проработать и обсудить с экспертами и специалистами на местах.

В результате такого анализа и отбора у нас осталось только 7-8 задач, которые мы и решали.

Возможно, позже, когда главные проблемы будут устранены, можно будет вернуться и к остальным проблемам, но уже не факт.

После ранжирования задач та же таблица (только в части отобранных задач) дополняется служебными столбцами, которые касаются уже подходов к решению.

Собственно, таблица была главным итогом работы. Здесь приведен только один ее фрагмент

Здесь нужно понимать, что:

Во-первых, формат – не догма. Его нужно выбирать по обстоятельствам и удобству для конкретного исполнителя
Во-вторых, и это главное: здесь только список. Отдельно каждый недостаток должен быть описан в отдельном файле с обоснованиями, данными и т.п. В противном случае вместо большой и важно работы получится пустая декларация о нашем трудолюбии.

Дальнейшие шаги.

Задачи мало поставить, их еще нужно и решить. Дальнейшие шаги очевидны и прописаны во многих инструкциях и наставлениях. На верхнем уровне:

Фиксация недостатка
Выбор недостатка для решения
Постановка задачи
Анализ задачи
Решение
Внедрение

И важно помнить, что мы проделали только два первых шага – выявили недостаток и сформулировали задачу.

Впрочем, эти шаги, наверное, самые важные. На дворе 21 век. Задача не поставленная просто не имеет шансов быть решенной.

И тут имеется серьезная развилка: иногда оказывается достаточным просто сформулировать недостаток и убедить производственников в его актуальности. Дальше мы уже не нужны – справятся сами (помните про принцип презумпции грамотности и вменяемости специалистов?).

Но иногда приходится принимать участие в решении задачи до конца, до момента внедрения. Вплоть до того, чтобы самому поработать напильником или, скажем, паяльником, а не только головой.

Ну, и все промежуточные варианты, конечно.

Важное замечание в конце.

В результате работы на сахарном заводе потери сахара в процессе производства снизились с 22,3% до примерно 20,5%. Это примерно 2000 тонн сахара в год.

И тут встает очень важный вопрос: что, отдел ТРИЗ может записать себе в актив примерно 2000 тонн сахара?

Да, ни боже упаси!!!

Нужно отчетливо понимать, наша работа – ВСЕГДА только часть какой-то более общей работы. Редкие исключения, когда мы все сделали сами, вплоть до изготовления устройства своими руками, только подтверждают общее правило.

ТРИЗ в общем случае всего лишь выдает идею. А в случае технологического анализа и вовсе только фиксирует недостаток.

Но разве этого мало?

Алфавитный указатель:

Лебедев Ю.В.

Анализ технологических процессов в ТРИЗ

Алфавитный указатель:

Рубрики:

Комментарии

Re: Анализ технологических процессов в ТРИЗ

Контакты

Форма поиска

Алфавитный указатель:

Рубрики:

Комментарии

Вход

Контакты