Попробуем понять, что представляет собой объект, который называют «металлургическим производством».
Будем считать, что оно представляет собой комплексную отрасль, состоящую из производственных подотраслей, выделившихся в самостоятельные звенья существующей организационной структуры.
Черная металлургия включает следующие производства: добычу, обогащение, агломерацию и окомкование руд черных металлов; производство чугуна, стали, проката и изделий дальнейшего передела (например, метизов); ферросплавное, коксохимическое производство; производство огнеупоров; вторичную обработку черных металлов.
В этом случае термин «производство» понимается в широком смысле и включает в себя технологические процессы и операции, технику, людей, их отношения.
При такой постановке вопроса металлургическое производство можно рассматривать как сложную, или, как говорят, большую иерархическую (многоуровневую) систему.
Один из крупнейших специалистов по системному анализу Оптнер дал остроумное определение системы: «Система есть средство, с помощью которого выполняется процесс решения проблемы». С этой точки зрения металлургическое производство есть средство, с помощью которого решается проблема обеспечения металлопродукцией.
Всякая сложная система может быть представлена в виде иерархической совокупности подсистем. Каждая подсистема, в свою очередь, также может быть представлена в виде аналогичной совокупности и так далее. Такой процесс деления (декомпозиции) может осуществляться много раз и определяется в основном целями исследования. Неделимые части системы - элементы - также зависят от поставленных целей.
При решении задач организации производства, например, металлургическое предприятие представляется в виде пятиуровневой системы.
На первом, самом низшем, уровне находятся элементы системы: агрегаты, установки, ячейки местного управления, стеллажи складов, транспортные единицы, контрольные посты и т.д.
Ко второму уровню относятся подсистемы: технологические линии, линии стеллажей на складе, транспортные направления, направления сбора, хранения и передачи информации.
На третьем уровне упомянутые линии и направления объединяются в подсистемы, называемые участками.
Подсистемами четвертого уровня являются цехи (объединяющие участки), самостоятельные подразделения обеспечения и управления, склады, отделы технического контроля, автоматизированная система управления.
На пятом уровне - система в целом - предприятие.
Свойства металлургических подсистем нельзя изучить или описать, зная только свойства отдельных агрегатов (элементов). Необходимо знать связи между элементами или структуру системы.
Системе «металлургический завод» свойственны многие производственные операции со случайными исходами и, особенно, со случайными длительностями.
Все это говорит о том, что металлургическое производство является сложной системой.
На предприятии в целом и отдельных цехах осуществляются производственные процессы. Они делятся на основные, подсобные, побочные и вспомогательные.
Производственный процесс также можно рассматривать как иерархическую систему, которая на нижних уровнях содержит технологические процессы, операции, переходы.
Для процессов пиро- и гидрометаллургии характерны три основные стадии: подготовка сырья, собственно физико-химические превращения и выделение целевых продуктов.
Первую и низшую ступень иерархической структуры химико-металлургического производства образуют типовые процессы технологии (механические, гидродинамические, тепловые, диффузионные и химические процессы) и локальные системы управления ими.
Каждый такой типовой процесс, происходящий в соответствующих аппаратах, в свою очередь, можно рассматривать как систему или подсистему, имеющие свои входы и выходы.
Если рассматривать низший уровень иерархии металлургического производства, то именно технологические процессы этого уровня в значительной мере являются объектами традиционного моделирования в металлургии.
Когда речь идет о моделировании работы производственного участка или цеха для проверки эффективности мероприятий по организации и управлению производством, то неизбежно приходится иметь дело с моделями отдельных технологических процессов или операций. Другими словами, в модель для более высоких уровней иерархии производства должны входить как составные части модели более низких уровней иерархии.
Отметим еще одно обстоятельство. Сущностью или основой любого производственного процесса является технологический процесс. Говорят, что технология есть содержание, а техника (оборудование) – форма, они составляют диалектическое единство всякого производства. Техника, по существу, является материальным носителем определенной технологии, ее формой. Этим обусловлено многообразие технических подходов к решению одной и той же технологической проблемы.
Если рассмотреть структуру технологического процесса по горизонтали на одном уровне иерархии, то можно убедиться в том, что чем ниже уровень иерархии, тем детальнее описание и, наоборот, чем он выше, тем больше степень общности изучаемых явлений.
Детальными описаниями (на низких уровнях) пользуются в процессах научных исследований, проектирования технологии, создания систем управления процессами, инструмента и оборудования.
Более обобщенно технологию описывают при экономических исследованиях, создании АСУ, решении вопросов планирования и развития подотраслей.
Можно рассматривать процессы взаимодействия на молекулярном уровне, которые определяются прежде всего закономерностями химической кинетики. При анализе таких взаимодействий учитываются стехиометрические соотношения и законы химического равновесия.
На уровне малого объема – макроскопического элемента – закономерности предыдущего уровня должны быть дополнены закономерностями тепло- и массопереноса.
На уровне области (рабочей зоны аппарата) рассматривается статистическая совокупность частиц. На этом уровне необходимо учитывать характер движения потоков.
На более высоком уровне необходимо учитывать связь между областями, общую геометрию аппарата и другие факторы.
Взаимные связи между отдельными аппаратами или установками необходимо учитывать на еще более высоком уровне иерархии.
По логике вещей иерархическая структура реального производства – от уровня дирекции до глубоких уровней организации материи – должна отражаться в структуре математических моделей.
Таким образом, мы приходим к утверждению, что любая инженерная (именно инженерная!) деятельность металлурга основана на принципах моделирования.