2015年咨询工程师《分析与评价》考点:生产工艺技术方案设计

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　　第四节 生产工艺技术方案设计

　　生产工艺技术是生产原理，生产工艺，流程，参数，制造方法，设备选型，物料、能量平衡，和提出配套公用工程需求等全套技术的总称。

　　工艺技术同设备联系在一起，体现项目的生产力水平，是项目经济合理的重要条件。所以在拟建项目的市场与资源研究的基础上，在产品方案与建设规模基本确定后，应在多方案比较的基础上选取符合国情和厂情的，同时又先进可靠、经济合理的工艺技术。在此基础上，再分析项目的财务和经济可行性。

　　一、生产工艺技术建设方案设计的内容

　　(一)研究各种生产工艺

　　随着现代生产的发展，可供选择的工艺越来越多。必须首先对各种可能采用的工艺进行研究，通常包括以下几方面：

　　(1)收集相关资料。注意分析这些资料的可靠性和精确性。

　　(2)分析生产工艺发展趋势。重点分析和预测项目拟用工艺的寿命期，注重采用处于发展期和成熟期的工艺。

　　例题4：分析生产工艺发展趋势。重点分析和预测项目拟用工艺的寿命期，注重采用处于( )的工艺。

　　A、导入期

　　B、发展期

　　C、成熟期

　　D、衰退期

　　E、孕育阶段

　　答案： B、C

　　(3)项目的原材料、辅助材料和燃料等资源条件的适应性。

　　(4)生产工艺的可得性。

　　(5)研究拟采用的生产工艺是否符合节能环保。

　　研究生产工艺问题时，一般先划分问题的层次，突出重点，抓住决定性影响的关键问题。然后对各方案开展技术经济分析。通过多方案的比较、选择最佳的生产工艺方案。

　　(二)研究生产流程

　　同一生产工艺可采用不同的生产流程。生产流程反映由原料到产品的生产过程中，物料和能量的流向、变化以及所经历的设备、仪器和工艺过程。它是工艺技术设计的核心，与设备选型、工艺计算、设备布置等工作有直接的关系。对各种生产流程的研究内容如下：

　　(1)对产品质量的保证程度。

　　(2)各工序间是否合理衔接，是否通畅、简捷。

　　(3)物料消耗定额。

　　(4)工艺参数。

　　(5)是否合理安排(应既能保证主工序生产的稳定性，又能根据市场需要在品种规格上有灵活性)。

　　例题5：( )反映由原料到产品的生产过程中，物料和能量的流向、变化以及所经历的设备、仪器和工艺过程。

　　A、 产品方案

　　B、物料衡算

　　C、产品组合

　　D、生产流程

　　答案： D

　　(三)选择主要生产装置和设备(掌握)

　　在选择了生产工艺方案以后，应考虑各选用哪些主要机器设备，及其型号、规格和数量。主要比选各设备方案对建设规模的满足程度，对产品质量和生产工艺要求的保证程度，设备使用寿命，物料消耗指标，操作要求、备品备件保证程度，安装试车技术服务，以及所需的设备投资等。设备选择应当提供使用某项生产工艺技术和达到既定的生产能力所需要的、最佳的和高效能的设备和机械类型。

　　1.主要设备选型的原则

　　主要设备选型的原则是技术先进、可靠和经济合理。

　　(1)应与项目建设规模、产品方案和工艺技术方案相适应。

　　(2)适应产品品种和质量的要求。

　　(3)高劳动生产率。

　　(4)节能环保。

　　(5)设备可靠、成熟。

　　(6)符合技术标准要求。

　　(7)经济合理。

　　(8)主辅设备配套。

　　例题6：主要设备选型的原则是( )。

　　A、技术先进

　　B、可靠

　　C、经济合理

　　D、装备水平

　　E、适应市场变化

　　答案：A、 B、C

　　2.进行设备选型时，需注意一些约束条件

　　(1)基础设施条件的约束。

　　(2)投资和外汇的约束。

　　(3)人才的限制。

　　(4)是否有保修，备品、备件的可获得性。

　　(5)引进设备同国内配套设备的适应和衔接。

　　(6)有关政策约束。

　　3.设备选择工作的深度

　　可行性研究阶段的设备选择工作应达到如下深度：

　　(1)提出所需主要设备的规格、型号和数量。

　　(2)对国内外制造商调查和初步询价，提出设备来源和设备费方案。

　　(3)拟引进国外设备时，应提出设备供应方式。

　　(4)选用超大、超重、超高设备，应提出相应的运输和安装技术措施方案。

　　(5)利用和改造原有设备的，应提出改造方案，并分析改造的效果。

　　(6)经设备比选后，提出推荐方案并编制主要设备表。

　　(四)研究工艺参数和进行物料衡算

　　工艺参数是生产过程中应控制的各种技术数据，是进行物料衡算、公用工程量计算和设备计算的重要依据。生产工艺和生产流程基本确定之后，应确定生产工艺参数。工艺参数应具有先进性，同时必须是切实可行的。

　　例题7：工艺参数是生产过程中应控制的各种技术数据，是进行( )的重要依据。

　　A、物料衡算

　　B、公用工程量计算

　　C、设备计算

　　D、生产流程选择

　　E、生产工艺选择

　　答案：A、B、C

　　物料衡算的理论基础是质量守衡定律，可行性研究阶段要求对每个生产过程的物料量进行初步平衡计算，从而初步得出正，常生产所需要的原材料、辅助材料、公用工程的用量，以及产生的主、副产物及废料量。物料衡算通常把主要原料在各工序的流动量绘成图表，即所谓物料平衡表或物料平衡图(示意图见图4―1)。它关系到生产成本与运输，对项目的经济技术指标有着举足轻重的影响。详细计算将在初步设计阶段进行。

　　物料衡算的基本公式如下：

　　∑G1=∑G2十∑G3

　　式中∑GI――输入系统中各物料的总和;

　　∑G2――自系统中输出各物料的总和;

　　∑G3――系统中物料损失量的总和。

　　(五)开展能量平衡计算，提出公用工程用量

　　公用工程计算是将生产过程中所需的水、蒸汽、电功率、冷冻、加热剂、冷却剂、压缩空气、氮气和真空等的用量，通过物料衡算和能量衡算的方法计算出来。能量计算的理论依据是能量守衡定律。公用工程的耗用量也是评价项目建设方案设计的技术经济指标之一。在进行物料衡算和主要工艺设备计算之后，即可开展公用工程用量的计算。工艺技术建设方案设计提出的公用工程用量，是各公用工程专业进行建设方案设计的依据。

　　例题8：公用工程计算的对象有( )。

　　A、电功率

　　B、冷却剂

　　C、真空

　　D、环保工程

　　E、供电工程

　　答案：A、B、C

　　例题9：在进行物料衡算和主要工艺设备计算之后，即可开展( )的计算。

　　A、公用工程用量

　　B、公用工程与辅助工程

　　C、配套工程

　　D、原材料与燃料供应

　　E、生产流程

　　答案：A

　　1.生产用水

　　2.蒸汽

　　蒸汽用量的计算基于热量衡算。

　　3.电

　　项目供电设计分为动力、照明、电加热等方面。动力电是按照设备及机器的电机容量，进行动力负荷计算。照明用电是根据各车间、机台、办公室等各种辅房的照明度标准要求，进行照明用量计算。设备的电加热功率的计算依据也是能量守衡定律，首先进行热量平衡计算，然后根据热功当量换算成电热功率。

　　4.热量

　　运用热量守衡定律计算。

　　5.压缩空气

　　可按公式或经验计算用量。

　　6.真空

　　抽吸真空量，可以根据设备机器的要求进行计算。

　　7.其他

　　(六)全面比较各可能使用的工艺技术方案

　　可按生产工艺选择原则列表进行全面分析、比较。必要时采用老师评议法实施比选。

　　二、生产工艺技术选择的原则

　　(一)先进性和前瞻性

　　工艺技术的先进性决定项目的市场竞争力。

　　技术的先进性主要应体现在产品质量性能、工艺水平和装备水平几个方面。

　　1.产品质量性能

　　2.工艺水平

　　3.装备水平

　　(二)适用性

　　技术的适用性主要体现在：

　　(1)应同项目的生产能力相匹配，不同的建设规模需要选用不同的工艺技术。

　　(2)应与原材料、辅助材料和燃料相适应。

　　(3)应与设备相适应。

　　(4)应与员工素质和管理水平相适应。

　　(5)应与环境保护要求相适应。

　　(三)可靠性

　　可靠性是指生产工艺技术的成熟度。可靠性将直接影响项目的产品产量、质量、劳动生产率、成本和经营利润。

　　技术必须成熟和可靠，能保证产品质量、性能和生产能力，能避免资源浪费、生态污染和安全危害。一般应采用已充分验证并已在使用的技术(提供方应有成功使用的经验)。

　　(四)经济合理

　　(五)确认知识产权

　　对于专利技术，应研究工业产权问题，包括它的使用范围和有效期限。

　　(六)适应市场变化

　　必须根据市场变化趋势，分析工艺技术的适应性。同一生产线上希望能进行多层次、多品种、多方法的加工，有能力进行生产调节，以适应市场变化。尤其是高新技术产品的寿命期短，更应注意市场的适应性。

　　(七)安全和环保

　　例题10：工艺技术的( )决定项目的市场竞争力。

　　A、先进性

　　B、经济合理

　　C、工艺水平

　　D、适用性

　　答案：A

　　三、选择高新技术的要求

　　采用高新技术，要注意国家有关部门对高新技术的先进性、创新性、成熟性和实用性的要求。

　　(一)先进性

　　(二)创新性

　　(三)成熟性

　　(四)实用性

　　例题11：选择高新技术关于( )的要求：项目发展前景明确，产品的市场潜力大，容易实现规模化生产 (或规模化前景较好)。

　　A、先进性

　　B、创新性

　　C、成熟性

　　D、实用性

　　答案： C

　　四、工艺技术转让的形式和方法

　　工艺技术的转让有多种形式，各有其特点，财务处理方式也不同。研究工艺技术方案时，必须考虑采用何种方法取得何种形式的工艺技术的问题。

　　(一)工艺许可证交易

　　许可证贸易是一种单纯的技术引进，它可以是专利技术、专有技术、商标三项工业产权(有时可能为使用权)中的一至三项的多种组合的技术贸易。许可证可以给予使用专利工艺的权力，并提供有关的专有技术的转让。工业项目的大多数工艺许可证必须向掌握这些工业产权或拥有专有技术的公司取得。

　　(二)工艺的购买

　　若拟通过整套采购来取得生产工艺，可行性研究过程中应研究涉及许可证持有者出口发展能力的全部问题和必要的措施。成套的生产工艺应当分解为各种不同的组成部分，例如工艺包、工程设计服务、分阶段的国内配套、中间产品分供应，甚至包括由发出许可证者提供的设备供应。可行性研究应当指出对所研究项目的工艺分解或“拆套”的等级，把工艺的重要部分同那些应当单独评价的部分区别开来。

　　(三)许可证持有者参与合资经营分享所有权

　　是否让生产工艺供应者参与项目的股份，项目业主单位应予慎重对待。可行性研究应当考虑：是否能够获得长期的、持续的工艺上的支持;通过工艺供应者进入可能而获得国外市场的可能性;是否共同分担在特定市场推销新产品的风险;在投资大的项目中，是否需要工艺供应商参与以减轻投资压力等。还应当计算工艺供应商可能得到的财务利益。当外商主要以工艺技术投资时，应当计算项目对他们的付出是否同以专利权使用费方式支付的相当。

　　应当注意拟引进工艺的性质和复杂性，考虑是否需要许可证持有者的股本参与。

　　五、生产工艺技术比选

　　生产工艺技术方案的设计要通过多方案比较来完成。技术、原料路线、工艺流程和主要设备的选择都需要由方案比较的结论来确定。

　　(一)生产工艺技术方案比选的主要内容

　　方案比选的主要内容包括技术、安全和环保、配套、操作稳定性、费用(包括一次性投资和运营及维护费用)和效益诸多方面，涉及上述生产工艺技术选择原则中所提及的所有因素。其比选的具体内容可随行业有所区别，实践中应视情选择。若产出相同、收益相同，则可只考虑费用的比选，以能体现方案优劣为宜。

　　一般首先进行技术和工艺流程的比选，有些行业同时还要进行原料路线的比选。然后比选主要设备和自控方案。

　　例题12：生产工艺技术方案比选：一般首先进行技术和工艺流程的比选，有些行业同时还要进行原料路线的比选。然后比选(　)。

　　A、生产流程

　　B、工艺流程

　　C、主要设备

　　D、自控方案

　　E、工艺方案

　　答案：C、D

　　在调查研究国内外设备生产、制造、供应、运行状况的基础上，对拟选的主要设备作多方案比选时，往往重点进行引进和国产设备的比选。根据上述原则和内容进行研究和比较，比较各设备方案对建设规模的满足程度、对产品质量和生产工艺要求的保证程度、设备使用寿命、物料消耗指标、备品备件保证程度、安装试车技术服务，以及所需设备的投资等。最后从投资费用、运营费用、寿命周期和更新改造费用等方面进行经济性的分析比较和选定。

　　(二)常用的生产工艺技术方案比选方法

　　常用的工艺技术方案比选方法详见《现代咨询方法与实务》第三章，实践中可根据具体情况选用。一般采用定性分析和定量分析相结合的方法。

　　生产工艺技术设计案例：

　　1.生产工艺选择

　　2.生产流程选择

　　以化纤生产项目为例说明工艺流程设计中经常遇到的问题。

　　(1)连续化流程的考虑。

　　(2)产品品种规格对工艺流程的影响。

　　(3)物料输送方式的考虑。

　　(4)重力流程的考虑。

　　(5)重视辅助流程的设计。

　　3.设备选择

　　4.物料平衡

　　六、自控方案设计

　　自控方案设计的任务是为保证工艺生产正常运行，降低原料、动力消耗，提高产品质量和改善劳动条件，而对生产过程的主要参数进行监视和控制。自控设计决定于工艺生产过程的要求，并为工艺生产过程服务。

　　1.设计原则

　　自控设计应遵循“方案合理、技术先进、运行可靠、操作方便”的原则。

　　(1)必须保证控制的可靠性，这是对自动控制要求的核心。

　　例题13：自控设计应遵循“方案合理、技术先进、运行可靠、操作方便”的原则。必须保证( )，这是对自动控制要求的核心。

　　A、方案的合理性

　　B、技术的先进性

　　C、运行的可靠性

　　D、操作的方便性

　　答案： C

　　(2)根据工艺生产要求合理选择控制系统。要求控制性能稳定，控制精度高，在控制功能方面按不同需要实现多能化。

　　(3)在考虑先进性的同时，必须注意经济的合理性。

　　(4)在有高温、高压、高粘度以及有火灾、爆炸危险的场合，在选择设备方面，应考虑生产的安全性。在调节系统中对可能引起事故的关键变量，应采用自动联锁和报警措施。

　　2.系统选择

　　生产车间控制系统根据工艺生产的特点和控制要求来确定，一般分为：常规仪表控制系统、分散型控制系统(DCS)、可编程序控制系统(PLC)。要结合自动化仪表现状和自控系统技术的发展选择，一般连续化生产、工艺流程较长、产品质量要求高的宜采用分散型控制系统(DCS)，它具有控制功能完善、实现复杂控制、联锁保护、人机接口友好、操作方便、网络通讯的软件组态方便、扩展容易、集中管理、维护工作量小等优点。分散型控制系统采用模件化结构，有较完善的自诊断功能，因此系统具有很高的可靠性。

　　3.仪表选型

　　应根据工艺过程的需要、介质特性、环境条件、仪表的技术性能和结构特点以及性能价格比，并考虑操作、维修简便，综合考虑后选择适用的仪表。