Основы рациональной компоновки оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы рациональной компоновки оборудования



1. Сущность и значение компоновки как этапа проектирования

Имеет смысл начать с определения понятия компоновки.

Def. Компоновка технической системы: взаимно скоординированное расположение элементов технической системы в пространстве.

По существу, компоновка - это аппаратное конструирование сложных технических систем из готовых элементов, являющихся их подсистемами.

Как видно из определения, задача компоновки возникает, когда необходимо создавать сложные технические системы, состоящие из многих элементов: машин, аппаратов, агрегатов - которые необходимо определённым образом разместить в пространстве.

Содержание компоновки как вида (рода, этапа) проектной и конструкторской работы зависит от существа этой работы, т.е. от того, какой объект создают.

При конструировании сложных видов техники задача компоновки заключается преимущественно в нахождении расположения отдельных агрегатов и органов управления в рабочем поле или внутреннем объёме, как правило, весьма ограниченном. Особенность в том, что сами агрегаты обычно не являются законченными, имеющими самостоятельную потребительскую ценность, изделиями (т.е. это именно агрегаты и детали).

Технологическое проектирование химических производств имеет несколько отличные задачи - размещение готовых, могущих иметь разнобразное применение, машин и аппаратов для создания ХТС.

Общим во всех случаях является то, что стоит задача максимально обеспечить надёжность, безопасность и эффективность работы создаваемых технических систем.

Компоновка является органической частью решений по размещению оборудования в существующих или вновь проектируемых помещениях или наружных сооружениях. По своему значению компоновка - один из важнейших этапов технологического проектирования.

Особенность его в том, что именно здесь осуществляется переход от расчётов, выбора оборудования и построения аппаратурной схемы - т.е., от функционального описания ХТС - к её материализации в конкретный технический комплекс. Кстати, только на этом этапе производится окончательный расчёт трубопроводов и других сетей.

Отличие компоновки от размещения заключается в том, что элементы и подсистемы нужно не просто разместить в рабочем пространстве (пусть даже с соблюдением всех требований безопасности), но обязательно так, чтобы было достигнуто максимально функциональное, рациональное, расположение оборудования. Неответственные, мало или редко эксплуатируемые элементы действительно достаточно просто разместить.

По существу, задача рациональной компоновки при проектировании ХТС заключается в том, чтобы разместить оборудование наиболее удобным для работы людей образом. Причина этого кроется в том очевидном, в общем-то факте, что любая техническая система суть система “человек-машина”; причём главной подсистемой её безусловно является человек как главная производительная сила.

Поэтому даже с чисто инженерной, технологической точки зрения все технические системы должно рассматривать именно как системы “человек-машина”; проектировать необходимо с учётом закономерностей деятельности человека в технических системах.

Ну и наконец, решающим гуманитарным фактором является то, что техника существует для Человека, а не Человек для техники.

2. Характер действия человека в ХТС производства БАВ

Действия человека в ХТС и его взаимодействие с подсистемами и элементами ХТС в трудовой деятельности обусловлены рядом факторов.

1. Иерархией ХТС и структурой ХТП;

2. Необходимостью осуществлять не только производственный процесс, но также монтаж, техническое обслуживание, ремонт и демонтаж оборудования;

3. Необходимостью человеку получать, воспринимать, оценивать и использовать информацию о ходе технологического процесса, состоянии используемого оборудования, общей обстановке на производстве и т.д.

4. Необходимостью человеку одновременно с интеллектуальной (информационной) деятельностью осуществлять физические действия по ведению технологического процесса и управлению им (проверка и подготовка оборудования; загрузка сырья и материалов; отбор проб; выполнение анализов и измерений; выгрузка и фасовка продуктов; сбор и удаление отходов и т.д.).

5. Вся интеллектуальная и физическая деятельность человека протекает в соответствии с объективными законами физиологии, биомеханики, психологии и мышления. Взаимодействие этих факторов формирует три важнейших аспекта проблемы рациональной компоновки оборудования.

1. Получение, восприятие, оценка и использование информации для осуществления технологического процесса.

2. Основные антропометрические, физиологические, биомеханические, психологические и мыслительные характеристики людей и их влияние на трудовую деятельность. Эти два аспекта предопределяют поведение и трудовую деятельность человека в технических системах и являются предметом важной отрасли современной науки о Человеке - инженерной психологии.

3. Построение рабочих зон и зон обслуживания с учётом закономерностей (требований, рекомендаций) инженерной психологии.

Нужно особо отметить, что соотношение функций очень сильно зависит от природы трудовой деятельности.

Так, например в высокоинтегрированных автоматизированных технических и технологических системах человек является оператором, деятельность которого по преимуществу является интеллектуальной. Сюда относятся:

- вождение современных транспортных средств (автомобили, локомотивы, летательные аппараты, суда);

- управление автоматизированными энергоустановками и энергосетями;

- управление автоматизированными технологическими системами в металлургии, переработке керамических и полимерных материалов, химических и биотехнологических производствах; машино- и приборостроении.

В производствах ТОС (в т.ч. производствах БАВ) такие ХТС редки. В большинстве случаев деятельность работников связана как со сложной интеллектуальной работой, так и со значительными физическими нагрузками (передвижение по рабочей зоне, перемещение грузов, управление оборудованием). Такая работа является сложной по существу и затруднённой внешними обстоятельствами.

Поэтому проектирование должно обеспечить максимум удобства работы:

- минимум необходимых перемещений по рабочей зоне и между рабочими зонами;

- компактное расположение оборудования с учетом требований безопасности, монтажа и обслуживания;

- доступность наблюдения и управления оборудованием, средствами автоматизации, трубопроводами;

- максимальная возможность визуального и слухового контроля всей ХТС;

- максимальная быстрота и эффективность действий в нештатных ситуациях.



3. Информация и её использование в проектировании

Для осуществления любой целенаправленной сознательной деятельности необходимо иметь возможно более ясное представление о целях, условиях и возможностях решения стоящих задач. Т.е., надо отражать в сознании реальность или быть информированным.

С философской точки зрения информация есть любые сведения, снижающие нашу неосведомленность, неопределённость в мире; иначе, отражённое многообразие мира.

Именно с этих позиций рассматривает информацию и теория информации, являющаяся важным разделом кибернетики.

Современная теория информации использует сформулированный К. Шенноном и Н.Винером вероятностно-статистический подход к определению и измерению информации. Суть его в следующем.

Имеется ситуация, в которой возможно много исходов; один из них нас интересует - является решением задачи.

До получения информации мы можем найти этот ответ с априорной вероятностью РО. После получения информация часть возможных исходов-ответов отпадёт (возможно, останется лишь один). Апостериорная вероятность нужного исхода-ответа составит PI.

Информация в таком случае и будет функцией соотношения вероятностей

I = F(PI/PO)

Каждое событие богато многогранными деталями. Поэтому для количественной характеристики информации нужно определить, что является элементарным событием (единицей) и на фоне какого множества должно выделять это событие.

Количественной основой информации является энтропия. Энтропия - количественная мера занятия системой всех возможных состояний. Тогда информация определяется как разность априорной и апостериорной энтропий

I = HО(А) - HI(A),

где HО(А), HI(A) - энтропия до и после получения информации.

Предположим, что в данной системе событие-ответ А наступает с априорной вероятностью рО, а после получения М сообщений с апостериорной вероятностью р*.

Тогда

HО(А) = - log2pO,

M

HI(A) = - p*log2p*

i =1

M

I = - log2pO + p*log2p*,

i =1

Из формулы (5) следует и определение единицы информации - бита. Если в системе возможны лишь два равновероятных исхода.

Понятно становится и использования двоичного логарифма. Т.е. бит - это количество информации, соответствующее простейшей ситуации типа “да-нет”.

Однако для практики важно не количество информации само по себе, а то насколько она способствует достижению поставленной цели работы. Это отражается понятием ценности информации.

Def. Ценность информации - количественная мера снижения неопределённости в способах действия (способах решения задачи).

По М.М.Бонгарду. В исходной ситуации существует N способов действия; мы получаем сообщение q, содержащее информацию Iq, в результате чего вероятность найти правильный способ составила р*.

Тогда: априорная энтропия НО = - log2N

апостериорная энтропия

Н* = Н(p*|q) = - log2 (p*|Iq)

Ценность информации

IЦ = НО - Н(p*|q) = - log2N + log2 (p*| Iq)

В целом значимость, ценность технологической информации изменяется в порядке убывания в такой последовательности.

1. Аварийные сигналы.

2. Тревожные (предаварийные) сигналы.

3. Информация о качестве продукции.

4. Информация об эффективности отдельных стадий и всего производства в целом: выходы продуктов, расход ресурсов, отходы и потери.

5. Отклонение значений важнейших для эффективности процесса технологических параметров от технологических норм.

6. Отклонение значений прочих технологических параметров от технологических норм.

7. Значения важнейших для эффективности процесса технологических параметров в пределах технологических норм.

8. Значения прочих технологических параметров в пределах технологических норм.

По характеру информацию можно разделить на два класса.

Это сообщения о факте наступления или ненаступления события. Например, срабатывание звуковой или световой аварийно-тревожной сигнализации; или визуальное наблюдений качественных изменений в состоянии продукта либо в ходе процесса.

Информация таких сообщений обычно невелика: один - несколько бит. А вот ценность может быть чрезвычайной.

Например, если при ведении процесса нуклеофильного галогенирования тионилхлоридом в смотровом фонаре наблюдается прекращение выделения SO2, то это означает, что либо нужно загрузить в реактор новую порцию реагента, либо, что процесс завершён и нужно осуществлять последующие технологические действия. Т.е. из десятков вариантов действий остаётся два-три: ценность информации достигает десяти бит. Аварийный сигнал вообще предписывает один вариант действий из сотен, тысяч и десятков тысяч возможных- ликвидация аварии: ценность информации составляет десятки бит.

Источники такой информации - органы чувств человека и различные сигнализаторы.

Это получаемая с помощью различных средств измерения (СИ) и методик выполнения измерений (МВИ) количественная информация о свойствах веществ и продуктов, состоянии оборудования и внешней среды, о ходе процесса и т.д.

Конкретная измерительная информация всегда характеризует значение одного измеряемого параметра. Для получения информации о контролируемом объекте в целом и для принятия решений требуется измерять многие параметры и сопоставлять, анализировать данные.

Отсюда видно основное отличие измерительной информации: объём её может составлять многие сотни и тысячи бит, но ценность, как правило, не превышает десяти бит.

ИСТОЧНИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Это разнообразные СИ, применяемые согласно соответствующих МВИ. По характеру представления данных все источники можно разделить на четыре группы.

1. Аналоговые СИ.

Представляют измеряемую величину неким зримым аналогом: положением и перемещением указателя в поле проградуированной шкалы измерительного прибора (стрелка мано- и вакуумметров; столбик жидкости в жидкостных термометрах; перепад уровней жидкости в коленах U-образных дифференциальных манометров и т.д.).

Показания прибора при этом не обязательно отражают саму измеряемую величину, но иногда однозначно с ней связанный другой параметр. Так, все иономеры измеряют зависящее от концентраций ионов напряжение между электродами, далее градуировку можно сделать и в единицах напряжения и в единицах pI (pH).

Аналоговые СИ имеют непрерывные показания. В химической технике используют как одношкальные приборы, предназначенные для измерения одной величины, так и многошкальные, способные практически синхронно измерять более 10 одно- и разнородных величин. При наличие регистрирующих устройств делают документальную запись значений измеряемой величины в течение длительного времени.

2. Цифровые СИ.

Представляют конкретное численное значение измеряемой величины. В силу этого их показания дискретны. Могут измерять очень много различных параметров одновременно, в том числе с документальной записью значений измеряемой величины в течение длительного времени.

Достоинства цифровых СИ в том, что пользователю не нужно выполнять никаких пересчётов самому - он получает “готовое” значение измеряемой величины. Кроме того, цифровые индикаторы всегда малогабаритны, что позволяет сделать сами приборы компактными и лучше, полнее поместить их в поле зрения человека.

Информативность цифровых СИ: (1...3) бит/параметр.

Аналоговые приборы почти всегда информативнее: их информативность в среднем (2...4) бит/параметр; многошкальные приборы дают до 20 бит. Дело в том, что зримое положение указателя на шкале показывает не только значение измеряемой величины, но и её соотношение со всем диапазоном изменения, а часто также - направление и быстроту изменения (в том числе приближение к опасным значениям и их превышение).

Поэтому в ХТС с ручным управлением, доминирующих в ТОС, для управления по месту предпочтительнее аналоговые СИ. В автоматизированных ХТС всегда есть рациональное соотношение аналоговых и цифровых СИ.

3. Методы количественного химического анализа (МКХА).

Имеют совершенно исключительное значение для установления выходов и качественных показателей промежуточных и конечных продуктов производства, материальных балансов, состава реакционных сред и т.д.

В конечном итоге это базовые, экспертные методы измерения в любом химическом производстве. Информативность - десятки и сотни байт. Ценность этой информации - на уровне аварийных сигналов.

Недостаток МКХА - длительность, неоперативность измерений. Иногда анализ выполняется в течение десятков минут и даже часов, что порой больше времени проведения контролируемой технологической операции. Это значительно ограничивает возможности применения МКХА для технологического контроля.

4. Компьютерные автоматизированные измерительно-вычислительные системы(АИВС).

Это наиболее совершенные СИ. Они воплощают достоинства цифровых и аналоговых СИ и МКХА. Позволяют с максимальной быстротой и точностью перерабатывать огромные потоки и массивы информации с представлением данных в любой необходимой форме (в т.ч. трёхмерных многоцветных изображений, графиков, таблиц, формул) в необходимой последовательности и связи.

4. Трудовые возможности человека

Трудовые возможности человека определяются физическими данными с одной стороны и информационно-аналитическими с другой. При этом очевидно, что проектировщик должен создавать ХТС в расчёте на то, что работать будут обычные, не имеющие особой спортивной подготовки люди разных возрастов, образованности, состояния здоровья.

Сюда относятся: размеры тела человека; возможность принимать и удерживать определённые позиции головы, корпуса и конечностей; двигаться с определённой скоростью по разным траекториям.

Практически важны данные о большей части (80...90)% людей.

Основные антропометрические показатели людей

Показатель Значение

Мужчины Женщины

Рост, см 160...195 150...175

Высота в талии, см 100...120 90...100

Размах рук, см 160...190 150...175

Нормальная ширина шага по горизонтали, см 80...100 70...85

Нормальная ширина приставного шага, см 70...85 60...75

Нормальная высота подъёма стопы над полом, см 20...30 15...25

Угол наклона в талии вперёд, град 45 45

Угол наклона в талии вбок, град 15 15

Угол поворота головы, град 60 60

Угол поворота корпуса, град 45 45

Положения и движения рук - особо важный аспект двигательной активности.

Наиболее удобные положения рук, как видно из рис.1, находятся на уровне от пояса до плеч по вертикали и в секторе ?60О по горизонтали. Кроме того, существует своеобразный “внешний сектор”, охватывающий голову по вертикали до уровня +45О и в секторе горизонтальных углов ?75О.

Основные двигательные показатели людей для длительной непереутомляющей работы

Показатель Значение

Мужчины Женщины

1. Скорость движения шагом, м/с 1,5...2,2 1,5...2

2. Скорость движения бегом, м/с 5...7 4...6

3. Скорость поступательного движения руки, м/с 1...4 1...4

4. Скорость углового движения руки, град/с 60...90 60...90

5. Скорость поворота головы, град/с 60...75 60...75

6. Скорость поворота корпуса, град/с 20...30 20...30

7. Развиваемая механическая мощность, Вт 45 45

- нормальная для длительной работы 20...40 10...30

- форсированная на несколько минут 100...200 70...150

- предельная на (1...20) секунд до 1000 до 700

Поле зрения человека также характеризуется существованием двух секторов. Центральный - сектор острого зрения охватывает угол ?(45...60)О по горизонтали и от - (45...60)О до +(20...30)О по вертикали.

Периферический - внешний сектор зрения охватывает угол ?(60...80)О по горизонтали и от - (55...65)О до +(30...45)О по вертикали.

Особо надо учитывать то, что знаки размером менее 5 см, в которых обычно представляют зрительную информацию, человек отчётливо различает на расстояниях до (5...8) м при нормальном и до (2...4) м при пониженном освещении.

Поле слуха является практически кольцевым по горизонтали, а в вертикали охватывает сектор ?60 градусов.

Нужно ещё раз подчеркнуть, что здесь речь идёт не о творческих способностях людей, особенно высокоодарённых, которые действительно безграничны. Инженерная психология изучает деятельность обычных людей в сложных технических системах. Этой деятельности присущ ряд важных особенностей (о которых большинство т.н. “творческих” людей не имеет и - что много хуже - не желает иметь ни малейшего представления).

1. Необходимость воспринимать, запоминать и использовать разнообразную по содержанию, форме представления и значению информацию.

2. Неравномерность поступления информации во времени: в периоды спокойной работы поток информации может быть равен долям бит/с, а в экстренных случаях он достигает десятков и сотен бит/с; т.е. изменяется на два-три порядка.

3. В работе на производстве человек действует почти всегда на обширных пространствах, занятых разнообразным оборудованием, причём относящимся не только к тому участку, где данный работник занят. Кроме того, человек действует в контакте с другими людьми. Вследствие этого он вынужденно воспринимает не только полезную, относящуюся к его работе (или отдыху), информацию; но также разнообразные посторонние сигналы: свет, звуки, разговоры и прочее. Эти внешние факторы создают активные помехи нормальной деятельности человека.

4. Очень часто человеку на производстве необходимо одновременно выполнять физические трудовые действия (загрузку сырья, материалов и реагентов, подготовку и обслуживание оборудовани, отбор проб) и вести контроль процесса. Физические действия резко ограничивают возможности визуального контроля, что, в частности, делает более значимыми звуковые сигналы.

5. Работник вынужден принимать все решения и производить необходимые действия в условиях жёсткого лимита времени, особенно в нештатных ситуациях.

Например, процесс получения диоксидина путем каталитического метанолиза хиноксидина:

Здесь загрузка раствора метилата натрия, отбор пробы, измерение рН и коррекция должны быть выполнены не более, чем за 6 минут. Дело в том, что эта реакция за час практически заканчивается [X=(95...99)%]. Поэтому, если за указанное время рН реакционной среды не будет нормализован, побочные реакции внутримолекулярных перегруппировок приведут к резкому снижению выхода или получению брака.

Вообще есть общее правило управления: время, необходимое для управляющих воздействий должно быть по крайней мере в пять раз меньше, чем время существенного изменения состояния объекта.

Все эти факторы настоятельно требуют учитывать при проектировании реальные информационно-аналитические возможности человека в следующих взаимосвязанных аспектах.

1. Восприятие информации.

2. Возможности памяти человека.

3. Реакция, точность и скорость действия человека.

4. Способность человека к длительной безошибочной (безотказной) работе, т.е. показатели надёжности человека.

Восприятие информации включает четыре этапа:

- процесс раздражения (физический);

- процесс возбуждения (физиологический);

- процесс субъективного ощущения сигнала (психологический);

- процесс выведения суждения о сигнале (логический);

Такая совокупность факторов порождает следующие аспекты.

1. Чувствительность

Чувствительность человека к информации характеризуется тремя параметрами.

1. Нижний порог - минимальный сигнал, различаемый человеком.

Слишком слабые сигналы: мигание лампочки, не изменяющее освещённость; звуковой сигнал, неотличимый от шумового фона; невидный в мерном стекле мениск жидкости и т.д. - не воспринимаются.

2. Верхний порог - максимальный сигнал, адекватно различаемый и воспринимаемый человеком.

3. Относительная чувствительность - соотношение интенсивности сигнала и восприятия его.

В общем это соотношение выражается законом Стивенса

E= k(J - JO)n

где E - ощущение;

J - интенсивность сигнала;

JО - порог чувствительности;

k - постоянная.

Зависимость показателя степени n от вида сигнала дана в табл.3

Таблица 3 - Зависимость показателя степени n от вида сигнала

Вид сигнала Значение n

Яркость, громкость, запах 0,2...0,6

Зрительный импульс: мелькание, скорость движения 1,7...2,0

Электростимуляция 3,0...3,5

2. Скорость восприятия информации.

Здесь важны: средняя и максимальная скорость восприятия информации. Большинство людей способны воспринимать максимально до (30...40) бит/с [(4...5) б/с]; некоторые - (45...50) бит/с [(5...6) б/с].

Действие Нагрузка

Считывание показаний аналогового прибора (2...4) бит/параметр

Считывание показаний цифрового прибора (1...3) бит/параметр

Загрузка сыпучего сырья вручную без дозировки (1...4) бит/с

Дозировка сыпучего сырья вручную (2...7) бит/с

Загрузка жидкого сырья без дозировки с ручным

управление арматурой (0,1...2) бит/с

Дозировка жидкого сырья с ручным управление арматурой (1...10) бит/с

Осмотр и подготовка оборудования к работе (1...10) бит/с

Средняя скорость восприятия информации, не перегружающая внимание и память, равна (20...75)% максимальной, т.е., (8...30) бит/с [(1...4) б/с].

Память человека принято разделять на два вида.

1. Долговременная - запоминание более, чем на 30 минут.

Объём её ограничен количеством сохраняемой информации. Он определяется характером личности человека, его профессиональной подготовкой и может быть весьма велик. Здесь сохраняются все знания о содержании, параметрах и нормах технологического процесса; правилах эксплуатации оборудования, правилах безопасности.

2. Кратковременная.

Подразделяется на непосредственную и оперативную.

Непосредственная память.

Запоминание сигналов однократно: для решения непосредственной задачи. Так, исчезновение мениска жидкости в мерном стекле мерника означает обычно то, что он опорожнен: это нужно запомнить только для того, чтобы или снова наполнить мерник, или промыть его от остатков раствора, или просто закрыть линию слива - после чего можно забыть.

Оперативная память.

Запоминание сигналов также однократно: для выполнения конкретного этапа работы (обычно на несколько минут). Например, количество сырья, расходуемого в процессе

загрузки, нужно помнить только до завершения данной процедуры.

Ёмкость кратковременной памяти определяется только числом сигналов (а не информацией) и не превышает 7-9 стимулов.

Это чрезвычайно важное отличие, поскольку именно кратковременная память управляет непосредственными действиями человека.

1. Время реакции.

Время реакции - важнейший показатель “быстродействия” человека. Величина его зависит от количества воспринятой информации и интенсивности раздражения, причём противоположным образом.

1. Количество воспринятой информации.

Время реакции линейно возрастает с ростом информационной нагрузки (закон Хика)

BP = BPO + A(IЦ) I,

где BPO = (0,08...1,0) с - минимальное (латентное) время реакции;

I - воспринятая информация, бит;

A(IЦ) = (0,2...1) с/бит - угловой коэффициент, уменьшающийся с ростом ценности информации.

При средней информационной нагрузке порядка 10 бит время реакции будет колебаться от (3...5) секунд для наиболее до (25...45) секунд для наименее важных сигналов.

2. Интенсивность раздражения.

Общий закон физиологической силы И.П.Павлова устанавливает обратную зависимость времени реакции от интенсивности раздражения и аппроксимируется выражением

BP = BPO + а /lg (J/JO),

где а - параметр, зависящий от типа сигнала и состояния человека.

2. Скорость и точность действия.

Скорость действия обычно характеризуют необходимым временем, которое склады-

вается из времени реакции ВР и времени действия ВД.

Т = ВР + ВД.

Значения ВД для различных действий

Действие Значения ВД, с

Движение рукой с нажатием кнопки, тумблера 0,5...1,0

Движение рукой с переключением крана, позиционера, рукоятки 1,0...3,0

Движение рукой с переключением вентиля, задвижки 1,0...20

Поступательное перемешение по фронту 5 м 2...5

Поступательное перемешение по фронту (10...20) м 4...20

Поступательно-вращательное перемешение по фронту 5 м 1...3

Поступательно-вращательное перемешение по фронту (10...20) м 2...6

Подъём (спуск) по лестнице на площадку высотой 2 м 2...5

Подъём (спуск) по вертикальному трапу на площадку высотой 5 м 5..10

Точность действия обычно характеризуют вероятностью совершения ошибок и величинами совершаемых ошибок в ходе конкретного действия.

Установлено, что при прочих равных условиях точность действия достигает максимума при времени экспозиции сигнала (время на отсчёт, анализ и оценку информации):

ТЭ ? (1...2) секунд.

Это наиболее важный комплексный показатель, отражающий возможность длительной безошибочной работы (как правило, в течение смены). Надёжность обычно характеризуют вероятностью безошибочной (безотказной) работы в течение заданного промежутка времени и выражают экспоненциальным законом надёжности работы всегда повышает вероятность ошибок; влияние нагрузок сложнее. Как видно из рис.3, можно выделить четыре области.

1. Нагрузка менее 20%. Неблагопрятная область: внимание и активность человека не отмобилизованы.

2. Нагрузка от 20 до 70%. Рациональная область для длительной работы: человек активен, но не перегружен. При одновременной физической и информационной нагрузке сужается до диапазона (20...40)%.

3. Нагрузка от 70 до 90%. Форсированный режим работы, допускаемый на десятки минут.

4. Нагрузка от 90 до 100%. Предельные нагрузки, экстремальный режим работы, допускаемый на минуты.

Всё вышеизложенное важно не само по себе, но - поскольку имеет прямое отношение к рациональной компоновке оборудования.

5. Компоновка оборудования

Следует начать с определения понятий зоны обслуживания и рабочей зоны. компоновка химический биологический

Def. Зона обслуживания: область пространства (в помещении или открытого), в которой выполняются все работы с оборудованием - монтаж, эксплуатация, обслуживание, ремонт, демонтаж.

Def. Рабочая зона: часть зоны обслуживания, в которой выполняются действия по ведению технологического процесса.

Различие очень важно. Во-первых, рабочая зона действительно - лишь часть зоны обслуживания. Во-вторых, все общестроительные нормы и правила размещения оборудования основаны на построении зоны обслуживания, причём с явным уклоном в аспект обслуживания (что не лучшим образом сказывается на качестве реальных проектов). В- третьих, задача технолога - именно формирование рабочей зоны.

Иерархия рабочих зон совпадает с иерархией ХТС. В соответствии с тем, что говорилось в курсе ОХТ БАВ, можно выделить следующие уровни этой иерархии.

1. Технологическая единица -ТЕ ().

Конкретный аппарат (сосуд, машина), подключённый к сетям и технологическим коммуникациям; со всеми средствами КИПСА и арматурой.

2. Технологический агрегат - ТА.

В соответствии с ОСТ 64-02-003-2002 так называется совокупность оборудования, в котором осуществляется одна законченная технологическая операция.

Сюда входят: основные аппараты и машины; мерники и сборники; насосы, газодувки, транспортёры; рабочие столы и хранилища. Рабочая зона ТК является совокупностью зон ТЕ, включённых в него.

3. Технологическая установка -ТУ.

В соответствии с ОСТ 64-02-003-2002 так называется совокупность оборудования, в котором осуществляется одна законченная стадия производства. Сюда входит всё оборудование операций, составляющих данную стадию. Рабочая зона ТУ является совокупностью зон ТК.

4. Технологическая линия -ТЛ.

Совокупность оборудования, в котором осуществляется целиком производство одного продукта. Сюда входит всё оборудование стадий, составляющих данную стадию. Рабочая зона ТЛ является совокупностью зон ТУ.

Приведённые выше сведения об информации, трудовых возможностях человека позволяют дать ряд общих рекомендаций.

1. Компоновка в целом должна обеспечивать минимум передвижений человека в рабочей зоне при максимальной возможности визуального и слухового контроля.

2. Компоновка должна обеспечивать максимальную возможность синхронного контроля процесса и выполнения трудовых операций- особенно на уровне зон ТЕ и ТК.

Т.е., необходимо, чтобы можно было, наблюдая за индикаторами КИПСА, управлять арматурой, загружать сырьё, отбирать пробы и т.д.

3. Необходимо рационально сочетать поступательные (фронтальные) и поступательно-вращательные (по дуге или ломаной линии) перемещения, что значительно сокращает время действия ВД.

4. Нормальный режим работы нужно строить по средней информационной и физической нагрузке в пределах (20...50)% от максимума.

Т.е., для каждого рабочего места:

- скорость восприятия информации (8...20) бит/с [(1...2,5) б/с];

- физическая нагрузка до 400 кДж/ч.

5. Максимальная информационная нагрузка - (30...40) бит/с [(4...5) б/с]; поскольку избыточную информацию человек просто не воспримет.

6. Индикаторы КИПСА как при ручном, так и при автоматизированном управлении процессом нужно размещать в секторе нормального обзора с учётом того, что наблюдение производится с расстояния (1...4) м от приборов.

При этом наиболее важные приборы размещаются в центральном, а остальные - в периферийном секторе зрения - рис. 5.

7. Органы ручного управления процессом (арматура, рычаги, механические переключатели, пусковая электроаппаратура) следует размещать в соответствии с удобным положением рук (рис.2): на уровне пояса - (1000... 1200) мм; или на уровне головы- (1600... 1900) мм.

8. Общая компоновка должна обеспечивать необходимое время управления, склады-

вается из времени реакции ВР и времени действия ВД, в пределах:

Т = ВР + ВД < 1 мин.

Это вытекает из условий оперативности действий в аварийных ситуациях.

Нужно отметить, что подобные требования, хотя и неявно сформулированные, содержатся в “Конвенции по валидации установок” правил GMP.

Это базовый уровень ХТС. Проблема компоновки в наибольшей мере касается основного (реакционного, массо- и теплообменного, сепарационного, дозировочного) обрудования, а также крупных сосудов (сборников, монжюсов, ресиверов, цистерн).

Основные аспекты компоновки:

- привязка в плане и по высоте к несущим конструкциям;

- размещение индикаторов местных КИПСА и органов управления.

Точкой отсчёта следует считать зону загрузки-выгрузки:

- ёмкостные аппараты - люк на крышке и дополнительно нижний спуск;

- колонные аппараты - люк на крышке куба, точка ввода питания, узел деления флегмы;

- фильтры, сепараторы, центрифуги - люк на крышке (вертикальный или горизонтальный);

- сушильные аппараты - крышка (вертикальная или горизонтальная);

- дозировочные насосы, системы подачи сжатых газов - задатчики насосов, баллонные рампы, панели управления подачей газа.

1. Привязка в плане выполняется согласно общих правил размещения.

2. Высотная привязка и размещение местных КИПСА и органов управления.

Зону загрузки-выгрузки следует располагать на высоте пояса от пола, монтажной или технологической площадки - (1000...1200) мм.

Индикаторы местных КИПСА - на высоте (|1500...1600) мм. Органы ручного управления: желательно - на уровне зоны загрузки-выгрузки; при невозможности - также на верхнем уровне - (1600...1900) мм.

В плане желательно, чтобы панели индикаторов местных КИПСА и “гребёнки” органов управления образовывали и вертикальной осью аппарата угол (90...135)О.

Нижние спуски желательно - на уровне (1000...1200) мм. При невозможности, например, при размещении на площадке с провисанием - на верхнем уровне - (1600...1900) мм.

Если конкретное соотношение высоты помещения и монтажно-присоединительных размеров аппаратов затрудняет выполнение указанных условий, для компенсации следует проектировать стационарные или передвижные технологические площадки необходимых размеров.

Особо следует отметить, что установка крупногабаритного оборудования в многоэтажных зданиях с прохождением через перекрытия - крайне нерациональное решение. К нему следует прибегать только если нет других вариантов.

На этом уровне начинается к оординация положений различных ТЕ, что делает равноважной компоновку и в плане и по высоте.

1. Компоновка по высоте.

Оборудование может быть размещено по высоте на одном - двух - трёх уровнях. Колонные крупногабаритные аппараты требуют и большего числа уровней (что сравнительно редко в тонком органическом синтезе).

Типовой пример приведён на рис. 6.

В этой схеме верхний уровень занимают обычно самотёчные мерники, конденсаторы и дефлегматоры выпарных и перегонных систем, парогазоулавливатели.

Средний уровень занимает, как правило, основное реакционное, массообменное, дозировочное и сепарационное оборудование. Размещают его обычно на монтажной площадке или с провисанием сквозь неё.

На нижнем уровне (пол; для первых этажей - также приямок) обычно следует располагать: фасовочное оборудование; хранилища оперативных запасов сырья, материалов, средств защиты и инструмента; сборники фильтратов и жидких отходов. Здесь пролегают пути доставки сырья и вывоза продуктов. Очень часто на нижнем уровне можно разместить сепарационное и сушильное оборудование.

В зависимости от количестве и габаритов оборудования средний и нижний уровни могут практически совпадать.

2. Компоновка в плане.

Основная задача - минимизация необходимых передвижений. Для этого в зависимости от площади и конфигурации помещения и габаритов оборудования можно выбрать следующие схемы его размещения.

1. Фронтальная - в одну линию.

2. Дуговая - по дуге или по отрезкам ломаной линии.

3. Г-образная - в виде буквы Г или под углом с равными сторонами.

4. П-образная - в виде буквы П.

Именно варианты нефронтального размещения оборудования позволяют использовать поступательно-вращательные передвижения и резко уменьшить ВД. Фронтальная схема применима либо для очень малогабаритного оборудования (где всё видно и доступно с одного места), либо для очень крупногабаритного оборудования, не допускающего свободы манёвра.

Замечание о расположении мерников.

Мерники - очень важный элемент. Основное требование при их размещении; возможность чёткого наблюдения показаний уровнемера в фазах заполнения и опорожнения (особенно дозировки).

Поэтому мерники всегда следует располагать и по высоте и в плане возможно ближе к аппарату, куда идёт слив. Широко практикуемое подвешивание мерников на стеновые кронштейны в удалении от аппаратов очень удобно для монтажа, но неверно эргономически, т.к. неудобно в работе.

Это наиболее высокий уровень ХТС, размещаемых в одном помещении. Хотя в соответствии с ГОСТ Р 52248-2004 стадии получения, сушки и фасовки фармакопейных субстанций выносятся в отдельные помещения внутри общих, ХТС остаётся жёстко связанной аппаратно.

На уровне ТУ и ТЛ решающее значение имеет аспект компоновки в плане. Причина в том, что очень часто один аппарат используется в нескольких технологических операциях и - иногда - в нескольких технологических стадиях (особенности периодических ХТС). Т.о., одна ТЕ принадлежит разным ТК иТУ.

Поэтому компоновать нужно с двоякой целью.

1. Формирование ТУ из ТК.

Расположение ТК по периметру нефронтальной зоны, так чтобы создать возможность единого контроля из её центра. В этом центре следует расположить рабочее место и местный щит управления.

При необходимости занимать центр большого помещения “островом”, в нём следует стремиться разместить целостный ТК, желательно первый и ли последний.

2. Формирование ТЛ из ТУ.

Создать единую зону ТЛ из нескольких ТУ в неавтоматизированных ХТС крайне сложно.

При расположении цепочки ТУ в одном помещении следует выделять (либо по центру, либо вдоль одной стены) единую транспортно-технологическую зону, свободную от основного оборудования. В этой зоне пролегают транспортные пути; располагаются Хранилища материалов, инструмента и средств защиты общего пользования, рабочие места для мелкого ремонта и обслуживания оборудования. В начале её (по ходу технологического процесса) размещаются хранилища оперативного запаса сырья; на выходе хранилища продукции.

Размещено на Allbest.ru

...