79972

Основы создания ресурсосберегающих и безотходных технологий

Лекция

Производство и промышленные технологии

Основы создания ресурсосберегающих и безотходных технологий Значение материальных ресурсов в жизнедеятельности человека Для производства требуемого продукта необходимо взаимодействие трех составных частей: рабочей силы предметов труда сырье материалы полуфабрикаты комплектующие энергоресурсы информация и др. Отсутствие или ограниченное наличие какогонибудь из перечисленных ресурсов создает общенациональную или даже глобальную проблему связанную с экономической независимостью государства и нации. Решение экономических социальных и...

Русский

2015-02-15

55 KB

4 чел.

Тема 3.   Основы создания ресурсосберегающих и

безотходных технологий

Значение материальных ресурсов в жизнедеятельности

человека

Для производства требуемого продукта необходимо взаимодействие трех составных частей:  рабочей силы, предметов труда (сырье, материалы, полуфабрикаты, комплектующие, энергоресурсы, информация и др.) и средств труда (оборудование, промышленные сооружения, машины и др.).

Комплекс рабочей силы, предметов и средств  труда представляют производственные ресурсы, без которых производственный процесс не совершается. В свою очередь, различают материальные, сырьевые, энергетические ресурсы и ресурсы рабочей силы. В общем случае материальные ресурсы представляют собой комплекс вещевых элементов, энергии, информации, предназначенных для обработки в процессе производства с помощью орудий труда. Они состоят из материалов, полученных непосредственно из внешней среды, а также материалов, прошедших предварительную обработку (сырье и сырьевые материалы).

Сырье – это предметы труда, на добычу и производство которых затрачен труд. В процессе переработки они изменяют натуральную форму, получают новые качественные свойства. Традиционно это результаты работы сырьедобывающих отраслей.

Материалы – это предметы труда, прошедшие переработку в обрабатывающих отраслях (чугун, титановые, алюминиевые сплавы, бензин и др.). Природные продукты, которые могут использоваться в производстве, создают природные ресурсы (вода, воздух, земля, минералы и др.).

Отсутствие или ограниченное наличие какого-нибудь из перечисленных ресурсов создает общенациональную или даже глобальную проблему, связанную с экономической независимостью государства и нации.

Решение экономических, социальных и политических проблем, задач общества, условий и перспектив его развития находятся в прямой зависимости от состояния и объема использования имеющихся материальных ресурсов (потенциала).

Проблему дефицита материальных ресурсов решить невозможно без риска утратить национальные государственные приоритеты.

Современная стадия развития цивилизации характеризуется ростом объема выпуска продукции при снижении затрат, что определяет необходимость повышения эффективности использования ресурсов на основе ресурсосберегающих и безотходных технологий.  

Повышение эффективности производства может проявляться в росте национальной прибыли на единицу сопутствующих затрат. Национальная прибыль  (НП) – это разность между ВНП и затратами на его производство, транспортирование, складирование, хранение, оборот. Повышение НП свидетельствует об улучшении использования национального богатства страны. В структуре НП: вновь образованные ценности (чистая продукция) – 10…..30%; материалы и сырье 30%; энергия всех видов – до 20%; затраты на оборудование – до 20%. Ситуация осложняется тем, что увеличиваются масштабы использования традиционных видов сырья, полезных ископаемых, энергоресурсов, которые восстанавливаются в течение продолжительного времени. Так, например, для Украины критичными в использовании являются запасы нефти – до 2020 г., олова, меди, цинка, вольфрама – до 2050 г., никеля, молибдена – до 2070 г. Эти обстоятельства ставят человечество перед необходимостью решения двух проблем.

1. Поиск технологий, исключающих или уменьшающих потребность в этих ресурсах.

2. Создание природовосстанавливающих технологий.

Нарушение хозяйственно-технологических связей между регионами бывшего СССР обострили ресурсные и экологические проблемы. Это привело к увеличению срока выхода из экологического, энергетического, сырьевого кризиса приблизительно в 2 – 3 раза.

Такая ситуация для Украины ставит особо актуальные задачи, связанные с рациональным  использованием ресурсов в режиме их жесткой экономии и сохранения.

Оценка использования материальных ресурсов

Качество использования затраченных труда, средств, материалов и др. видов ресурсов оценивается по величине достигнутого эффекта. Для соотношения полезности использования данного вида ресурса в различных отраслях, технологических процессах или изделиях применяется понятие эффективности ресурса.

Для этого определяется значение достигнутого эффекта на единицу затрат ресурса, то есть:  

                                               

.                                                        (1)

Для расчета эффективности и ее отдельных составляющих пользуются дифференцированными показателями: трудо-, материало-, фондо-, капиталоемкостью производственного продукта или полученного эффекта.

Трудоемкость – это величина затрат живого труда на единицу национальной прибыли, чистой товарной продукции или продукции в натуральном выражении. Например, время, затраченное рабочим на изготовление детали, сборку узла (мин/шт.).

Материалоемкость – количество материала, затраченное на единицу продукции. Материальность отражает эффективность использования затраченных предметов труда (основных и вспомогательных материалов, сырья, топлива, энергии).

Энергоемкость продукции рассчитывается как отношение сопутствующих годовых затрат топливно-энергетических ресурсов (пересчитываются в тонны условного топлива) к объему производства,  национальной прибыли страны или валовой продукции отрасли предприятия.

Фондоемкость характеризует эффективность использования производственных фондов (основных и оборотных), рассчитывают как отношение их величин за отчетный период к объему производства. Обратная величина называется фондоотдачей, которая представляет отношение части стоимости (прибыли) к гривне, доллару. Эти показатели отражают организационное и экономическое состояние предприятия или отрасли.

Капиталоемкость продукции – это отношение объема капитала, который вложено в производство, к приросту объема продукции, вызванного этим вложением. Обратное значение – капиталоотдача.

Использование дифференцированных показателей позволяет оценить состояние по данному виду ресурса и наметить пути совершенствования техники и технологии. Например, снижение материалоемкости национальной прибыли Украины на 56% эквивалентно экономии 3 млн. тонн стали, уменьшение энергоемкости на 8% - приблизительно 40 млн. тонн условного топлива. Таким образом, чем ниже трудоемкость и материалоемкость, выше производительность труда и больше выпуск продукции на единицу ресурса, тем эффективнее производство, отдельная машина или конкретная технология.

Основные пути ресурсосбережения в промышленности

Ресурсосбережение как система мер, направленных на абсолютное и относительное уменьшение затрат ресурсов, должно охватывать весь жизненный цикл изделия. Анализ баланса ресурсов в системах производства, связанного с ним потребителя и источника поступления (окружающая среда) показывает, что для сохранения равновесия во внешней среде масса затрат ресурса должна обновляться за счет отходов, что поступают со сферы производства и от потребителя. Это обеспечивает уравновешенное природопользование.

Сокращения затрат ресурсов можно достичь:

Уменьшением потребления, например, за отчет увеличения долговечности (качества) изделия;

Снижением размеров отходов благодаря техническим и технологическим решениям;

Увеличением возраста вторичных ресурсов;

Уменьшением массы изделий за счет совершенствования конструкции.

Условия минимальных затрат ресурсов устанавливают следующие пути ресурсосбережения в промышленности:

обеспечение экономии всех видов ресурсов на этапе выбора проектных решений, учитывающих условия производства, эксплуатации, обслуживания, ремонта и т. д. Противоречие требований определяет выбор обобщающих критериев оптимизации или минимум затрат остродефицитного ресурса в вещевом выражении;

использование комплексных и безотходных технологий;

введение в оборот вторичных ресурсов, как основного, так и вспомогательного производств;

повышение эффективности использования традиционных материалов (за счет рациональности конструкции и более целесообразного использования их качеств  при производстве);

создание новых материалов – заменителей;

использование систем нормирования затрат ресурсов.

Практикой проектирования и изготовления изделий установлены эффективные методы и меры снижения затрат (например ЕСТПП, ГОСТ14.201-83):

увеличение серийности за счет стандартизации, унификации, конструктивного подобия, ограничения номенклатуры решений;

использование конструктивной наследственности (освоенных, проверенных конструктивных решений);

применение стандартной технологической оснастки, оптимального уровня автоматизации и механизации производства;

использование решений, обеспечивающих уменьшение затрат времени при эксплуатации и ремонте.

Для снижения материалоемкости предусматривается:

использование рационального сортамента и марок материалов, рациональных способов получения заготовок, методов и режимов управления деталей;

использование прогрессивных решений, позволяющих повысить ресурс изделий;

использование мало – и безотходных технологических процессов;

разработка рациональной компоновки изделий, сокращающие затраты материалов при монтаже;

использование научно обоснованных запасов прочности, новых методов вычислений, расчетов и испытаний изделий.

Таким образом, уже на уровне стандартов предусматривается необходимый комплекс решений для обеспечения ресурсосбережения на стадии проектирования. Рационально спроектированная конструкция машины оптимизированной по критерию максимального эффекта на единицу затраченных ресурсов.

Главными проектными и производственными решениями с точки зрения экономии ресурсов являются те, которые обеспечивают повышение  показателей качества, расширение многофункциональности использования, повышение долговечности сроков межремонтных периодов, ремонтопригодности продукции. Основным источником экономии ресурсов, которую дает повышение качества промышленной продукции, является снижение потребностей в оборудовании и машинах, сокращение простоев техники, уменьшение объема материальных затрат на производство и эксплуатацию, ремонт, транспортирование, сохранение и т.п. Улучшение качества позволяет на конечной стадии более высокопроизводительное изделие большей надежности и меньшей массы.

Для снижения затрат энергоресурсов большое значение имеет освоение энергосберегающих технологий, т.е. создание систем, которые обеспечивают уменьшение энергоемкости выпускаемой продукции.

Наиболее привлекательными можно считать два направления решения проблем ресурсосбережения.

1. Развитие регенерационного производства для повторного использования отходов. Например, производство бумаги из вторсырья сохраняет 75 - 95% энергии по сравнению с прямым производством. В мире из вторичного сырья (промышленных и бытовых отходов) производится 45% бумаги, 50% никеля и серебра, 40% меди и стали, 45% свинца, 20% алюминия. Отходы становятся существенной частью национальных ресурсов.

Реальной может стать ситуация, когда отходы станут одним из главных источников сырья материалов, а природные ресурсы будут играть роль резервного источника.

2. Разработка новых и усовершенствование существующих конструкционных материалов. Это направление более весомо, чем расширение поиска полезных ископаемых. Особое значение приобретают композиционные и керамические материалы, пластмассы; применение технологий нанесения специальных покрытий с управляемыми свойствами.

Таким образом, решение проблем ресурсосбережения должно быть тесно связанно с уравновешенным, сбалансированным природопользованием.

Основные факторы и направления экономии ресурсов

Высокая стоимость материальных ресурсов и ограниченные возможности их обновления определяют одно из главных направлений – всестороннюю экономию и рациональное использование ресурсов.

Основной путь экономии материалов, сырья, топлива (материальных ресурсов) состоит в разработке и использовании ресурсосберегающих техники и технологии.

К основным факторам экономии относят:

повышение надежности и долговечности машин для уменьшения их общей массы и затрат ресурсов для создания дублеров;

улучшение потребительских свойств продукции;

ускорение оборота ресурсов за счет уменьшения складских запасов, незавершенного производства;

замену традиционных материалов на более эффективные, обеспечивающие уменьшение массы машины, а также улучшение использования традиционных материалов;

усовершенствование существующих и использование малоотходных и ресурсосберегающих технологий для уменьшения фактических затрат материальных ресурсов;

использование прогрессивных норм затрат ресурсов.

Место технологий в ресурсосбережении и инженерные методы экономии ресурсов

Использование принципиально новых технологических процессов и средств труда, являющихся результатом НТП, уменьшает удельные затраты ресурсов и ускоряет переоснащение всего процесса производства на основе создания технологических систем. Такие системы объединяют в единый комплекс машины, построенные по принципам автоматизации и беспрерывности процессов, а также применение электроники, то есть создаются гибкие переналаживаемые производства и технологические модули.

Концепцией развития технологии является создание малооперационных технологически замкнутых процессов, обеспечивающих комплексное использование сырья, материалов и охрану внешней среды при интенсификации производства на основе достижений мирового НТП.

Медленные темпы снижения затрат ресурсов, например в машиностроении, объясняется преобладанием стружкообразующих обрабатывающих процессов и оборудования. Величина характерного при этом Ким зависит от вида обрабатываемой заготовки (для проката – 0,65, штамповки – 0,53, точного литья – 0,85), то есть от комплекса технологий, применяемых в технологической системе.

Более перспективными с точки зрения ресурсосбережения являются технологии, вытесняющие механическую обработку резанием, или уменьшающие ее объем, повышающие Ким. Примером может быть давление с применением прокатных вальцованных станков, холодное и горячее выдавливание, холодная высадка, высадка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), импульсная штамповка, а также раскатка, накатывание, упрочнение изменение сварных и сварно-сборных конструкций, наплавление, нанесение покрытий с управляемыми свойствами при сочетании с обработкой на станках с ЧПУ и др. НТП в области литья, например, литье в оболочковые формы и пленочно-вакуумные за счет высокой точности и качества обеспечивает экономию 200 – 300 кг металла на каждую тонну пригодного литья. Использование одной тонны отливок по выплавляемым моделям, сохраняет две тонны металлопроката, до 120 кВт электроэнергии, снижает капитало- и трудоемкость изготовления деталей.

Любой продукт технологии реализует свои функции благодаря израсходованным на его создание материальным и топливно-энергетическим ресурсам, и после завершения жизненного цикла практически не восстанавливает взятое из природы, то есть нарушает ее равновесное состояние. Поэтому особое значение для обеспечения ресурсосбережения имеет инженерный проект – рациональное конструирование, которое должно базироваться на следующих принципах:

улучшение технико-экономических параметров и характеристик изделия по назначению;

использование прогрессивных технологий и материалов;

применение прогрессивных методов и средств конструирования;

обеспечение технологичности конструкции изделия.

Основные принципы создания новых технологий

На любой стадии развития основой будут НТП на базе новых технологий, а также сформулированные целостные технологические системы, объединяющие производство и управление различных уровней.

Общие принципы создания новых технологий следующие:

количество операций для создания продукта должно быть минимальным при одновременном условии их концентрации на одном рабочем месте;

одноступенчатый переход от начального состояния (сырье, полуфабрикат, заготовка) к продукту;

размеры заготовок должны максимально приближаться к размерам детали, а детали к конечному изделию (монолитность);

принятый процесс превращения энергии или вещества не должен сопровождаться дополнительным подводом энергии или технологический процесс должен осуществляться без внешних источников энергии;

предпочтение следует давать процессам, выделяющим энергию, которую можно утилизировать для других процессов;

все частичные процессы по месту, времени и выполнению необходимо объединить в один комплексный процесс с соответствующим оборудованием;

затраты на технологическую подготовку производства, технологические средства не должны превышать критические по объему и времени;

процессы должны обеспечивать уравновешенное или природозащитное пользование.  

Таким образом, в идеальном ресурсосберегающем процессе:

все операции выполняются автоматически на одном рабочем месте;

действия реализуются за счет внутренней энергии с утилизацией ее остатков;

управление процессом обеспечивается саморегулированием;

одноступенчатый переход от начального состояния (сырье, полуфабрикат) к конечному продукту;

масса конечного продукта соответствует начальному.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37982. Определение оптической силы линзы 39.5 KB
  Цель работы: Изучить получение изображений с помощью двояковыпуклой линзы научиться определять оптическую силу линзы. Прямую которая проходит через сферические центры кривизны поверхностей линзы называют главной оптической осью линзы. Если на собирающую линзу направить пучок лучей параллельных главной оптической оптической оси то они соберутся в одной точке с другой стороны линзы которая называется главным фокусом линзы.
37983. Ознакомление с характеристиками магнитных свойств вещества и определение зависимости магнитной индукции и магнитной проницаемости ферромагнитного образца от напряжения поля 46.5 KB
  Вывод: Мы ознакомились с характеристиками магнитных свойств вещества и определили зависимость магнитной индукции и магнитной проницаемости ферромагнитного образца от напряженности поля.
37984. Ознакомление с общими принципами передачи электрической энергии на большие расстояния и определение потерь напряжения в моделях электрических линий 84.5 KB
  Вывод: 1 Способ определения потерь U= I= 2 I точнее поскольку в этой формуле используется только один измерительный прибор амперметр а в способе определения потерь U= U1 U2 используется два прибора – вольтметра поэтому он менее точен.
37985. ОСОБЕННОСТИ ПОРАЖЕНИЯ АОХВ С ПРЕЕМУШЕСТВЕННО ЦИТОТОКСИЧЕСКИМ ДЕЙСТВИЕМ 128.5 KB
  Практически любая тяжелая интоксикация в той или иной степени вызывает поражение клеток различных типов. При этом могут возникать функциональные или грубые структурные изменения клеточных мембран, внутриклеточных структур, нарушения генетического аппарата, процессов синтеза белка и других видов пластического обмена. Зачастую повреждения носят вторичный характер, когда изменения в клетках органов и тканей происходят за счет нарушения токсикантами или их метаболитами гемодинамики, газообмена
37987. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ В ПРОГРАММЕ ELECTRONICS WORKBENCH 581.5 KB
  Из источников питания рассмотрены параметрические компенсационные и импульсные стабилизаторы напряжения а также тиристорные источники питания с фазовым управлением. Источники Батарея ЭДС источника постоянного напряжения или батареи измеряется в вольтах и задается величинами в диапазоне от мкВ до кВ. Ко входу устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ И КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ Современная электроника предъявляет жесткие...
37988. Исследование сопротивления заземляющих устройств 373.5 KB
  Измерить сопротивление заземления нулевого провода учебного корпуса определить сопротивление грунта изучить методику расчета сопротивления заземляющего устройства. Штатное заземление нулевого провода учебного корпуса измерители сопротивления заземлений МС08 М416 Ф4103М1 зонд и вспомогательный заземлитель. В этом случае если человек стоит на земле цепь тока замыкается через землю причем величина тока проходящего через человека зависит от режима нейтрали сети сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли.
37989. Измерение физических величин 420 KB
  Содержатся сведения необходимые для обработки результатов измерений физических величин. Рассматриваются способы измерений различные виды погрешностей алгоритм обработки результатов прямых и косвенных измерений правила приближенных вычислений а также пример оформления отчета о выполнении лабораторной работы.1 ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Цель работы: ознакомиться с основами теории погрешностей методикой обработки результатов прямых и косвенных измерений физических величин измерить объем полого...
37990. Определение момента инерции стержня из упругого нецентрального удара 159.5 KB
  Цель работы: изучение закономерностей упругого нецентрального удара определение момента инерции тела вращающегося вокруг неподвижной оси. Линия удара это общая нормаль к поверхности соударяющихся тел в точке их соприкосновения. Если при ударе центры масс двух тел находятся на линии удара то удар является центральным.