СВЕРТЫВАНИЕ — РАЗВЕРТЫВАНИЕ АРМАТУРЫ КАК ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Можно утверждать, что линии развития арматуры сопровождаются сначала усложнением с развертыванием подсистем с повышением удельной эффективности, принятия на себя функций надсистемы и улучшения связей с внешней средой. Объединение происходит путем функционального объединения подсистем.

Повышение эффективности арматуры как технической системы на всех этапах жизненного цикла достигается тем, что она вбирает в себя такие сопряженные функции как безопасность, защита окружающей среды, облегчение монтажных – демонтажных работ, обслуживания и ремонта, утилизации, транспортирования, хранения и сбыта.

Свертывание арматуры как технической системы соответствует в большей степени закону повышения идеальности, чем другим законам развития технических систем. Арматура сначала развертывается с образованием все новых подсистем, а потом должна свернуться в «идеальное» вещество. Это вещество способно заменить собой и детали (которые можно не делать) или рабочие процессы (которые будет выполнять идеальное вещество). Путь, по которому идет «свертывание» — «развертывание» арматуры заключается в том, что происходит объединение подсистем – систем арматуры по линии, рис.8:

Рис. 8. «Цикл» развития подсистем арматуры

Найти условия для свертываемости подсистем арматуры является одной из наших задач. По сути, одна из основных линий свертывания – это линия «удешевления» арматуры, в частности, ее можно определить как удельное количество функций на величину затрат\подсистем арматуры. Свертываемость определяет наши пути в выборе рациональных технических решений для совершенствования арматуры.

Первым выводом является понимание того, как синтезировать арматуру дальше, т.е. какими системными свойствами должна обладать арматура, с какими подсистемами объединяться в первую очередь, на каком уровне иерархии и пр. В связи с этим рассмотрим, как арматура развертывается как техническая система. При проведении функционально-стоимостного анализа или анализе основных узлов арматуры наиболее часто выделяются основные участки арматуры как автономного узла, близкого к «машинному», рис.9:

Рис. 9. Арматура с автоматическим управлением как техническая система

Если принять за арматуру только собственно «железную часть» арматуры, то это рассмотрение будет неполным, поскольку такая система не способна работать автономно. В процессе усложнения и «соединения» узлов в один арматурный блок эти простые системы объединились. Только в этом случае можно рассматривать арматуру как минимально работоспособную техническую систему.

Первым этапом создания полноценного арматурного узла, включающего все основные элементы простой технической системы, стало, таким образом, выделение границ новой системы арматуры и сбора разных отдельных узлов арматуры в единый блок, обеспечивающих минимальную работоспособность ее как узла, где функциональным центром выступает собственно узел седла — затвора. Одновременно вокруг этого узла начинается процесс развертывания — свертывания, в результате чего происходит наращивание дополнительных подсистем. Каждый элемент арматурного узла так или иначе остается связанным с функциональным центром.

Можно выделить несколько направлений появления дополнительных подсистем, которые связаны с несколькими направлениями развития арматуры как технической системы. Во-первых, при усложнении арматуры достигается повышение эффективности выполнения функций уже существующих подсистем за счет их развертывания в более сложные, но и более эффективные системы. Это не приводит к появлению новых функций арматуры. Например, развитие уплотнений арматуры было связано с повышением эффективности собственно седел арматуры. Они в настоящее время прошли путь от простых «мягких» резиновых уплотнений к все более сложным, способным расширять диапазон рабочих температур, в них появились «губы», (тип седла «Flexible leaps»), узел уплотнения получил возможности стандартизации и замены седел одного типа на другие. При этом функция узла осталась первоначальной. Но эффективность узла уплотнения затвора возросла за счет его развертывания в более сложную систему.

Второй частью развития арматуры как системы стало развитие связей с надсистемными требованиями. Связь собственно арматуры со своей надсистемой, легко читается в появлении дополнительных подсистем. Так, конструктивный элемент «фланец» возник в арматуре для согласования ее с надсистемой «трубопровод».

Эта задача арматуры как системы – вбирание в себя элементов надсистемы или элементов, способных улучшить связь с надсистемой, или передавать свои функции надсистеме также легко видеть в конструкции арматуры. Пример: диагностику арматуры проводит программное обеспечение Field Assessor (компания Метсо), установленное в системе автоматизации АСУ ТП цеха и не являющееся частью арматуры или ее программного обеспечения. Самыми важными связями арматурного узла с надсистемой являются связи с наиболее часто встречающимися особенностями окружающей среды, характерной именно для этой системы.

Арматура как техническая система предназначена для выполнения своей главной функции – регулирования или герметичного перекрытия потока. Вместе с тем, регулирование или перекрытие потока является всего одной из операций над «обрабатываемым» потоком, в то время как для обеспечения полной работоспособности надсистемы, куда арматура входит как часть, требуется значительно больше операций или выполнения разнообразных требований надсистемы. Сама арматура должна иметь множество дополнительных функций, не относящихся напрямую к ее главной функции. Она должна соответствовать требованиям по строительным длинам, весогабаритным характеристикам, ее нужно хранить, перевозить, монтировать, проверять и обслуживать, ремонтировать и пр.

Множество окружающих и воздействующих на арматуру надсистем, а мы видели, что их может быть для арматуры множество, могут вредным образом воздействовать на арматуру, подвергаться воздействиям с ее стороны, но чаще от арматуры требуется большое количество согласованных действий с надсистемой или другими техническими системами арматурного узла. Действия, которые требуют согласования, по нашему мнению, и являются первостепенными для анализа. Они подскажут, какие подсистемы должны быть включены в арматуру, и начат процесс ее одновременного усложнения и затем свертывания.

Выход за пределы собственной минимальной работоспособности заключается во включении в подсистемы арматуры нескольких новых функций. Ими могут стать:

— подсистемы, усиливающие «обработку» потока (регулирование или обеспечение герметичности),

— подсистемы поддержания работоспособности арматуры на разных этапах жизненного цикла, например, подсистемы обслуживания, монтажа-демонтажа, калибровки, диагностики, ремонта,

— подсистемы, обеспечивающие связь с надсистемой, например, ими может стать развитие подсистем, согласующих требования арматуры как элемента системы с надсистемой,

— подсистемы, обеспечивающие «позитивное» действие или предотвращающее вредное взаимодействие и негативную связь с внешней средой. К ним в первую очередь можно отнести системы безопасности, аварийного срабатывания, где появился свой собственный класс арматуры, сертифицируемый по категориям безопасности SIL.

Остановимся на последнем пункте более подробно. В случае несрабатывания арматуры последствия могут быть катастрофическими. Однако это также означает, что должна рассматриваться опасность арматуры не только в период функционирования, но и при конструировании для оценки потенциальной опасности рисков. Для этих целей в арматуре могут появляться все новые и новые подсистемы, идентифицирующее их действие в опасных ситуациях и служащие индикатором состояния системы. Пример: в клапанах систем безопасности ESD имеются разработанные подсистемы акустических сенсоров или газоанализаторов.

Арматура воздействует и на окружающую среду. В тоже время развивается давление на предприятия все новых и новых экологических норм, в нашем определении – усиливается действие экологической надсистемы. Не этим ли давлением вызвано развитие сертификации арматуры по выбросам в окружающую среду по сальниковому узлу, развитие систем испытаний для соответствия этим требованиям и пр.? Пример: арматура всегда должна иметь указатель направления «открыто» — «закрыто» для избежания катастрофических последствий при неправильных действиях оператора.

Появление подсистем, выполняющих функции снижения или устранения вредного воздействия арматурного узла на внешнюю среду, является отражением тенденции роста давления экологической и других надсистем. Пример: появление различных вариантов исполнения фланца для различных применений в арматуре во многом было связано с безопасностью эксплуатации узла для различных сред: токсичных, легковскипающих, кислотных, высокого давления или способствующих коррозии, термодеформации и пр.

Можно сказать, что многие подсистемы усложняют выполнение или ухудшают эффективность выполнения главных функций арматуры. Каждый из этих элементов вносит существенную долю в повышение стоимости арматурного узла, увеличение его веса и др. Но такие затраты оправданы на уровне надсистемы. При включении таких подсистем существенно снижаются потери от рассогласования работы арматуры и ее надсистем.

Для обеспечения работы собственно арматурного узла, арматура должна иметь возможность «защищаться» от вредных воздействий. Для этих целей появляются специальные подсистемы. Пример: все электрические устройства арматуры заземляются.

Можно отметить, что чем опаснее условия работы арматуры, тем больше подсистем должно в ней находиться, чтобы снизить эту опасность. Однако, как мы уже видели ранее, это может приводить к снижению «уровня свертываемости» арматуры и часто к ухудшению эффективности выполнения основной функции. Пример: седловой клапан имеет значительно худшую собственную и установленную расходную характеристику по сравнению с поворотной арматурой. Однако, отсутствие большого изгибающего момента и возможность работы при больших перепадах давления приводит к тому, что он по-прежнему находит большое применение в энергетике.

Противоречие между введением новых подсистем и требованием их одновременного уменьшения должно устраняться за счет повышения уровня свертывания. Так, одна система должна выполнять больше функций, например, и обеспечивать герметичность, и иметь возможность регулирования.

Переход от только одного типа воздействия на среду к многофункциональному воздействию на среду должно стать одним из главных направлений развития арматуры и ее подсистем. Должны появляться подсистемы, которые выполняют и смежные функции по отношению к основному объекту воздействия. Такие подсистемы арматуры должны повышать эффективность обработки среды арматурой. Пример: электронные блоки для электроприводов многофункциональны. Они используют многоэтапную обработку электрического сигнала: фильтрацию, усиление, модуляцию, сравнение и др.

Дальнейшее развитие свертывания арматуры может происходить по двум направлениям: воздействие на разные части или классы среды или объектов надсистемы и выполнение нескольких функций при обработке одного объекта. Основой выступает сходство операций. Для этих целей в арматуре могут появиться дополнительные подсистемы, способные специализировать ее для выполнения таких операций. Пример: новые клапаны способны иметь в одном корпусе до 11 штоков, рассчитанных на выполнение требований точного регулирования при различных уровнях пропускной способности.

Основным вопросом, определяющим возможность включения в арматуру той или иной подсистемы с целью ее большей функциональности при большей свернутости, может быть степень сочетания универсальности и специализированности. Ведь универсальная система предназначена для обработки многих объектов, а эффективность специализированности определяется наборами специальных подсистем для выполнения специализированных функций.

Существуют и другие важные для поддержания работоспособности арматуры надсистемы. К ним можно отнести системы обслуживания, хранения, транспортировки, утилизации и др. Со временем арматура как техническая система приобретает некоторые подсистемы, облегчающие выполнение дополнительных функций. Пример: модульность позиционера послужила важным критерием для возможности его быстрой обновляемости в связи с очень динамичным и частым совершенствованием электронных плат.

По нашему мнению, в связи с большим количеством однотипных единиц арматуры и для повышения ее транспортной обслуживаемости следует ожидать появления хотя бы минимальных подсистем, позволяющих доставлять их к месту монтажа. За такими обычными элементами, как устройства для облегчения транспортировки, например, специальными лапами для крепления к днищу тары, рым-болтов для строповки могут последовать более сложные и способствующие «переходу на микроуровень» устройств транспортировки. В частности, это могут быть чипы для мобильной идентификации арматуры, приспособления для транспортировки между цехами, для доставки на монтажную площадку, устройства облегчения монтажа, являющимися конструктивными элементами арматуры и пр.

При хранении арматуры также есть ряд задач, которые необходимо решать в связи с ее большим количеством. Так, могут предусматриваться способы минимизации мест хранения, удобство хранения, предохранение от коррозии. Для всех этих целей необходимы хотя бы минимальные подсистемы в самой арматуре. Развитием приемов эффективного хранения и транспортировки наиболее часто должны заниматься маркетинговые, сбытовые и логистические подразделения компаний.

Эксплуатация по нашему мнению является наиболее важной частью для развития подсистем арматуры. В арматуре появляются подсистемы, принимающие на себя ряд функций, которые напрямую не относятся к главной функции. Они механизируют или автоматизируют функции, ранее выполнявшиеся вручную или другими сопряженными отдельными узлами, не входящими ранее в арматуру. Самый простой пример – рост автоматически действующей арматуры. Такие способы, уже применяемые в других областях, как автоматическая смена инструмента (в нашем случае, затвора, седла, сальника и пр.) по нашему мнению еще впереди. Свертывание хорошо видно на механических устройствах, например, редуктора электропривода, где от сменных шестерен перешли к плавному регулированию на основе частотного электропривода.

В эксплуатации наиболее важным участком можно считать после собственно работоспособности арматуры – ее обслуживание. Именно оно обеспечивает длительную эксплуатационную пригодность арматуры. Для поддержания ее в работоспособном состоянии требуется выполнение множества видов работ. К ним относятся наиболее типичные для арматуры работы по подтяжке сальника, регулировке, замене расходуемых материалов, изнашиваемых частей и пр. В арматуре должны появляться подсистемы, выполняющие эти операции или облегчающие их выполнение. Пример: цифровой позиционер «умеет» сам находить точку «ноль», чем обеспечивается простая калибровка и в дальнейшем регулировка. Это в свою очередь позволяет резко снизить затраты на пуско-наладочные работы, особенно при массовом использовании позиционеров.

В настоящее время достаточно новым является учет требований утилизации арматуры. Иногда в конструкции арматуры, ее подсистемах или в специальных коммерческих программах производителя арматуры могут быть предусмотрены специальные способы утилизации арматуры. Пример: Производители качественной арматуры учитывают в цене возможность дальнейшей продажи брендовой арматуры на рынке секонд хенд. При этом часто можно получить до 50-70% от первоначальной стоимости.

Закладывание в конструкцию технических решений, облегчающих утилизацию (идентификацию арматуры, возвратность, вторичное использование, переделку и модернизацию) способствуют включению этих достаточно новых приемов «свертываемости» арматуры по полноте ее жизненного цикла. Технические решения с включением элементов, способствующих утилизации отвечают большему соответствию арматуры одному из ведущих факторов современного развития – повышению экологичности арматуры. Такие подсистемы, которые направлены не только на ликвидацию отрицательного воздействия, но и на возобновление ресурсов, будут получать большее и часто приоритетное развитие. Хотя система усложняется по сравнению с «одноразовым» использованием арматуры, однако, многократность ее применения или переработки составляет основу свертываемости и повышения идеальности арматуры в этом направлении.

Выше мы уже показывали направленность развития подсистем арматуры в область свертывания с надсистемными функциями. Арматура часто принимает на себя функции надсистемы. Часто они весьма далеки от первоначального, непосредственного назначения арматуры. К тому же часто требования различных надсистем, которые должны быть реализованы в арматуре, противоречат друг другу. В зависимости от того, для каких условий, какая надсистема обладает большей силой, арматура снабжается теми или иными функциями. Пример: эстетическая функция арматуры не является ее главной функцией. Однако, она очень важна для сантехнической арматуры.

Такие требования со стороны имеющихся или рождающихся надсистем определяют, будет ли настоятельной необходимость создания в арматуре соответствующих подсистем, и позволяют спрогнозировать ее ближайшее и перспективное развитие, поскольку именно новые требования обуславливают превращение общего вида арматуры в новый специализированный подвид.

Арматура в рамках надсистемы должна эффективно взаимодействовать с другими входящими в эту надсистему техническими системами. Потому, входя в состав надсистемы, арматура очень часто приобретает подсистемы, необходимые для взаимодействия с другими подсистемами. Как мы уже видели ранее, они чаще всего выполняют роль согласования арматуры с требованиями надсистемы. К примеру — это устройство оптического совмещения оси арматуры с трубопроводом.

Для усиления свертывания в арматуре могут быть применены различные способы. Одним из направлений должен быть поиск внутренних резервов или ресурсов, которые есть в самой арматуре, ее подсистемах и надсистемах. Пример: затворы с разгрузкой по давлению уже стали состоявшейся частью подсистем арматуры.

Определенной тенденцией выступает не только использование имеющихся ресурсов, как в примерах, показанных выше, но и создание новых подсистем, реализующих функции ближайшей надсистемы. Пример: совместная настройка золотника и пружины противодавления в пневмоприводе вместо пневмодемпфера.

Развитие арматуры в этом направлении предполагает детальный анализ потребностей технологической схемы и устранения вредных воздействий, которые индуцируются в надсистеме. Пример: высокий уровень контакта среды с элементами затвора потока, и наличие своеобразного теплового мостика в виде арматуры, возможно, в будущем приведет к объединению этих двух подсистем и созданию управляемого теплообменного устройства, одновременно реализующего регулирование и стабилизирующего температуру по сечению потока. Уже сейчас рассматриваются модели нового устройства Q-trim с полыми охлаждаемыми или нагреваемыми пластинами. Кроме всего прочего, подогрев и равномерность нагрева в процессе регулирования позволяет раздвинуть границы расчетной зоны кавитации, по сравнению с простыми механическими элементами. Таким образом, соединение двух полей при некотором усложнении системы приводит к резкому повышению эффективности выполнения главной функции – регулированию, и соответствует требованиям надсистемы надежности – устраняется кавитация.

Можно видеть, что использование внутренних неосвоенных ресурсов арматуры, таких как использование элементов конструкции для новых применений, или как нового применения в части приобретения функций части надсистемы позволяет «задешево» получить новые функции без значительного усложнения арматуры. Это в значительной степени соответствует «правильному» свертыванию арматуры и повышению ее идеальности.

Наш обзор показывает, что арматура как система может свертываться различными путями: или повышением количества выполняемых функций при том же количестве подсистем арматуры или уменьшением количества подсистем арматуры при неизменном количестве функций. Обычно при развитии конструкций, используется и тот и другой путь. Однако при рассмотрении различных классов арматуры можно видеть, что различные компании используют различные способы повышения идеальности арматуры. Так, представители общепромышленной арматуры тяготеют к снижению затрат и уменьшению количества подсистем, применяя в основном методы, применимые для массового и серийного производства. Количество функций арматуры, как правило, остается неизменным. В частности значительное внимание уделяется новым способам изготовления уже освоенных типов арматуры. Общим является и стратегия свертывания арматуры как технической системы: часть подсистем арматуры исчезает вместе с частью своих функций, а оставшиеся передаются другим подсистемам или элементам подсистемы.

Представители специальной арматуры значительно больше внимания уделяют функциональности арматуры и в меньшей степени привязывают свои решения к цене. Повышение согласованности с надсистемными требованиями выступает часто как двигатель появления новых классов арматуры. Для решения своих задач представители специальной арматуры должны в значительно большей степени учитывать закономерности появления новых функций, которые могут быть востребованы для удовлетворения потребителей арматуры или надсистемных требований к арматуре.

Так, обычно новую функцию выполняет своя собственная специально разрабатываемая подсистема. Понятно, что количество элементов и ее сложность в этом случае возрастает, показатели соотношения количества элементов и количества функций несколько ухудшается. Чтобы этого не происходило, введение новых подсистем должно ограничиваться и проверяться на возможность свертывания, т.е. на возможность выполнения новой функции уже имеющимися подсистемами. Общим критерием может выступать степень повышения уникальности и конкурентоспособности изделия в выполнении своих функций по сравнению с аналогами.

Важную роль в прогнозировании новых функций, которые будет способна включить в себя арматура, должен играть анализ степени исчерпанности возможностей надсистем, как движителя развития потребности в новых арматурных решениях. Например, степень готовности к автоматизации ранее часто связывалась с исчерпанием возможности человека выполнять какую-либо функцию, невозможностью непрерывного выполнения функций, недостатком мускульных возможностей, ошибками при переключении сложно действующих устройств. Часто для арматуры новыми условиями выступают категорийность зон по опасности (токсичности, взрывоопасности и пр.), где присутствие человека невозможно. Выходом является введение новых подсистем в арматуру. Пример: появление интеллектуальных позиционеров безопасности, способных выполнять диагностику по типу «неполного хода» со снятием параметров и передачей данных в операторскую, находящуюся в неопасной зоне, или в зоне, доступной для обслуживания, обусловлено большими затратами и небезопасностью подобных действий для персонала.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *