Жидкое ядерное топливо. Особенности ядерного топлива и его использование в атомной энергетике
Для успешной организации бизнеса важно применение системы бережливого производства. В самом названии этой системы заложен главный принцип – наладить работу таким образом, чтобы исключить лишние трудовые, временные, финансовые и другие затраты. Если говорить о том, что такое бережливое производство кратко, то оно представляет собой концепцию грамотного управления, которая позволяет оптимизировать любые бизнес-процессы.
Основные цели бережливого производства
Применение концепции позволяет достигнуть несколько целей. Обобщающей же целью внедрения бережливого производства является полномасштабное снижение затрат всех ресурсов, используемых в бизнесе, без ущерба для качества продукции, товара или услуги.
На выявление которых ориентировано внедрение бережного производства, касаются:
- Перепроизводства, когда производятся никому не нужные продукты либо выпускается слишком много продукции;
- Запасов, когда в производственный процесс поступает избыточное количество материалов, необходимых для изготовления продукта;
- Избыточной обработки – усилия, которое не влияет на итоговую ценность продукта для клиента-потребителя;
- Лишних движений при перемещении работников, инструментов, оборудования, что никак не влияет на улучшение продукции;
- Дефектов, брака продукции, которая проверяется, сортируется, при необходимости утилизируется, либо происходит смена ее сортности, производится ее ремонт, замена;
- Ожидания – затрат по времени, которые связаны с ожиданием работников, материалов, оборудования, информации;
- Транспортировкой – перемещением частей либо материалов внутри производственной организации.
Принципы и инструменты бережливого производства
Любая концепция строится на определенных по своим особенностям принципах. Основными принципами бережливого производства на предприятии является:
- Определение ценности производимого продукта для конечного клиента-потребителя.
- Определение потока создания ценности для выпускаемой продукции.
- Обеспечение непрерывности обновленного производства продукта.
- Стремление делать только то, что нужно конечному потребителю.
- Постоянное совершенствование бизнеса.
Рассмотрим более подробно каждый из вышеперечисленных 5 принципов внедрения бережливого производства.
Принцип №1 позволяет выявить, что ценно в выбранном продукте для конечного потребителя. Нередко на предприятии прилагаются лишние усилия, которые не влияют на ценность продукта. Именно их нужно определить, чтобы добиться желаемого результата от внедряемой системы.
Принцип №2 дает возможность определить потери в ходе производства продукта. Для этого следует описать все действия, предпринимаемые на предприятия, результатом которых является поставка продукта конечному потребителю.
Принцип №3 обеспечивает проведение модернизации действий в производственной цепочке так, чтобы они выполнялись в непрерывном режиме. Между действиями не должно быть временных и других потерь.
В ходе применения принципа №4 получается добиться производства продукта только того вида и в том количестве, которое требуется клиентам-потребителям. Учет потребностей последних обязателен, если поставлена цель организовать бережливое производство на предприятии.
Принцип №5 – очень важный при использовании технологии бережливого производства. Производство будет оставаться бережливым только путем постоянного его совершенствования, сокращения ненужных усилий и затрат.
В результате применения всех базовых принципов получится добиться существенного снижения издержек. Итог внедрения даст возможность:
- Предложить потребителю нужный ему продукт;
- Снизить стоимость продукта при необходимости;
- Повысить объемы продаж за счет удовлетворенного в своих потребностях клиента.
Методы, инструменты внедрения бережливого производства
Основные методы и являются практическими элементами для эффективного достижения поставленной цели.
Область применения инструментов бережливого производства
Сегодня методология бережливого производства применяется в различных производственных сферах. Она используется в разных отраслях, на больших и менее крупных предприятиях. Применение метода бережливого производства наблюдается в деятельности компаний, занимающихся:
- Производством
- Оказанием логистических услуг;
- Банкингом и торговлей;
- Созданием и внедрением информационных технологий;
- Строительством;
- Медицинским обслуживанием;
- Добычей нефти, различных полезных ископаемых и пр.
Важно, что бережливое производство на предприятии, занимающемся определенным видом деятельности, подлежит адаптации к конкретным производственным условиям. В этом случае всегда получается добиться повышение уровня эффективности работы, сокращая различного типа потери.
Lean-технологии - это методы, применяемые в рамках концепции бережливого производства и бережливого управления. Они представляют собой инструментарий, использованием которого можно в разы увеличить экономическую эффективность производства:
- простои сокращаются в 5-20 раз,
- количества выпуска брака уменьшается в 5-50 раз,
- время производственного цикла сокращается в 10-100 раз и т. д.
Часть этих методов (например, 5s) можно применять локально в различных отраслях: от производства и строительства до сферы услуг и государственного или муниципального управления. Некоторые из Lean-технологий - например, Кайдзен, - вообще претендуют на статус самостоятельной концепции. Однако правильнее рассматривать Lean (рус. Лин) как цельную систему, технологические элементы которой взаимосвязаны между собой и часто зависят друг от друга. Когда во второй половине 20-го века концепция Lean Production создавалась на заводах Toyota (и в последствие дополнялась американскими теоретиками и практиками), внедрение одного метода требовало разработки и реализации следующего метода, без которого чёткость исполнения предыдущего была бы невозможна.
Два «столпа» производственной системы Lean
Основная задача – минимизировать потери и издержки, которые возникают в ходе подготовки и проведения производственных операций. Но задача эта возникает как следствие достижения основной цели – создания в своём продукте или услуге ценности для потребителя.
На создание этой ценности все процессы и ориентированы, она же (ценность для потребителя) – отправная точка системы:
- сначала оценивается спрос и потребности покупателей,
- затем определяются те факторы, которые надо учесть, чтобы удовлетворить потребности,
- затем производится ровно столько, сколько нужно для реализации задачи, – предыдущая стадия процесса восполняет столько элементов, сколько «вытянула» последующая,
- в ходе производственного процесса устраняются потери, и оптимизируется деятельность всех звеньев цепи.
Такая схема рождает необходимость применения двух базовых систем, которые Тайити Оно – один из основных авторов и идеологов концепции бережливого производства – назвал базой производственной системы Toyota. Речь о технологии «Вытягивание» и инструменте «Точно вовремя».
«Вытягивание»
Метод, при котором изъятие последующими стадиями производственного процесса определят количество и темпы производства на предыдущих стадиях. Возникает обратный порядок управления, аналогичный порядку, который применяется, например, на полках супермаркета. Там новый товар подставляется только тогда, когда уже стоящий товар был изъят покупателем. Причём подставляется столько же товара, сколько было взято при покупке. В результате полки оказываются всегда заполненными, но не перегруженными.
Нечто похожее происходит на производстве, причём, как и в примере с супермаркетом, отсчёт производится от потребительского спроса. Сначала оценивается потребности покупателя, а затем планируется поток, который обеспечит эти потребности без излишков. Если последующие этапы вытягивают в потоке одну единицу, то предыдущий этап производит только одну единицу и только в тот момент, когда она перешла на следующий этап.
Идеальным случаем здесь становится настройка потока «в одно изделие» (анг. single piece flow). Пока потребитель на линии не вытянет изделие, поставщик не производит нового. Это означает, что не надо тратить материалы, энергоресурсы, обслуживать склады с «лишней» продукцией, решать проблемы с логистикой и т.д.. То есть, снижаются потери и издержки.
«Точно вовремя» (JIT)
В англоязычной литературе эта практика управления материалами обычно обозначается аббревиатурой JIT – Just-In-Time. С помощью такой технологии компоненты производственного процесса с предыдущего этапа или с заводов внешнего поставщика появляются на рабочем месте не раньше и не позже, чем они потребуются.
Понятно, что отставание в обеспечении материалами и деталями чревато простоями, но и «опережение» процесса тоже менее выгодно, по сравнению со своевременной доставкой. Внедрение практики JIT приводит к резкому уменьшению объёма незавершённого производства, снижению запасов на складах материала и готовой продукции. А это, в свою очередь, снижает затраты на обслуживание складских помещений и исключает промежуточные перемещения на склад и обратно в цеха.
Практика «Точно вовремя» предполагает способность поставщика обеспечить условия бесперебойной и своевременной поставки высококачественных комплектующих. А это говорит о том, что подход к сотрудничеству с такими поставщиками требует специфических критериев отбора. Поэтому при внедрении этой практики количество внешних поставщиков снижается более чем в два раза, а с теми, кто сумел пройти отбор, устанавливаются прочные хозяйственные связи.
Канбан (Canban)
Canban – система, отвечающая на вопрос, как обеспечить непрерывный материальный поток, не делая при этом производственных запасов. По сути, это практический алгоритм реализации идеи «Точно вовремя». Для внедрения такой системы используются информационные карточки – в японском языке «канбан», – представляющие собой наряд-заказ на количество того или иного продукта. Карточки сообщают, откуда пришла деталь и куда должна быть доставлена.
Благодаря такому сопровождению все подразделения получают материальные ресурсы только в том объёме, который нужен для выполнения заказа и к указанному в канбане сроку. В обратном порядке управления заказ от конечного потребителя сначала подаётся на финальную стадию, и там производится вычисления необходимого объёма незавершённого производства, который поступает с предпоследней стадии. И так дальше по цепочке от конца к началу. А карточка (канбан) здесь становится средством передачи данных:
- Первый вид карточек содержит информацию о количестве деталей или полуфабрикатов, которые последующая стадия запрашивает у предыдущей (канбан производственного заказа).
- Второй вид карточек – канбан отбора – показывает фактическое перемещение материальных ресурсов (количество и сроки).
Движение карточек не ограничивается одним предприятием или его филиалами. При внедрении единой системы за пределами одной компании, канбаны эффективно используются и при внешних поставках. При введении этой системы количество ежедневных поставок ресурсов на порядок возрастает. Для сравнения: работа по системе MAP предполагает полное возобновление ресурсов около 20 раз в году, а работа по системе Canban – 200 раз или чаще.
Кайдзен
Слово «кайзден» складывается из двух иероглифов, означающих «хорошо» и «изменения». Движение к лучшему и постоянные благие перемены формируют целую философскую доктрину, которая в материальном плане базируется на инструментах поощрения сотрудников и системе реализации их творческого потенциала.
Система складывается из пяти базовых компонентов:
- Взаимодействие.
- Самодисциплина.
- Моральное состояние (душевное равновесие).
- Круги качества.
- Рационализаторские предложения по усовершенствованию процессов.
Готовность к изменению мышления демонстрируют не все производственные культуры. Для принятия концепции Кайдзен сотрудник должен ощущать себя неотъемлемой частью большого коллектива. Его слово должно быть услышанным, а мнение – ценным. В этих условиях пересматриваются старые стратегии, основанные на «текучке кадров» и лёгкой заменимости персонала. Американские исследователи к семи классическим видам потерь (среди которых были дефекты, лишняя обработка, транспортировка и перемещение, ожидание и перепроизводство с избытком запасов) добавили восьмой: игнорирование потенциала сотрудников. В доктрине Кайдзен этот вид потерь исключается в первую очередь, что влечёт за собой исключение остальных издержек.
Рабочее место: 5S и U-образные ячейки
В концепции бережливого производства нет мелочей, и даже самые простые принципы организации рабочего места обязательны для всех сотрудников, независимо от занимаемой должности.
5S
С буквы «S» начинаются названия пяти принципов определяющих состояние рабочего места, а также – дисциплину и ответственность перед всем трудовым коллективом. Каждый следующий принцип основан на соблюдении предыдущих, а вся цепочка состоит из таких элементов:
- Сортировка. Задача работника, разобраться с тем «хламом», который мешает чистоте и прозрачности производственного процесса. Каждый сотрудник должен определить среди всех вещей на рабочем месте, что действительно нужно в повседневной работе, а что можно убрать. Необязательные вещи маркируются и перемещаются в отстойник.
- Соблюдение порядка. Под «порядком» здесь понимается такое расположение инструментов или материалов, которые позволят сотруднику легко находить необходимое, доставать его и класть на место. Из этого следует, что неправильно, например, положить инструмент на видное место, но так, что для его извлечения каждый раз нужна будет лестница. Но и расположение, при котором инструмент будет «под рукой», но задвинут в дальний, невидимый, угол, – тоже считается неправильным. Если сменщик займёт это же место работы, он просто не сможет быстро найти «спрятанное». Поэтому нередко внедрение второго принципа предполагает создание дополнительных стеллажей и ячеек.
- Содержи в чистоте. Простая уборка рабочего места, помимо того, что она должна быть регулярной и производиться по графику, зачастую требует дополнительного планирования и доработки оборудования. Если, например, заранее по плану не приобрести моющее средство и не обеспечить им сотрудников, тем просто негде будет взять «химию» и тряпку. А если не будет построен специальный шкафчик для хранения этих принадлежностей, то место будет захламлено, что противоречит первым двум принципам.
- Стандартизация сводится к соблюдению предыдущих принципов и фиксированию их порядка на уровне обязательных правил. Во-первых, писаные правила не позволяют отказаться от обязанностей (например, путём перекладывания ответственности за чистоту на уборщиц), а, во-вторых, это облегчает ротацию персонала – каждый сотрудник предприятия в рамках системы 5S делает одно и то же, поэтому ему легко соблюдать общие понятные правила.
- Совершенствование. Со временем может происходить отказ даже от хороших привычек, а любые преобразования редко бывают исчерпывающими. Поэтому задача каждого сотрудника предприятия дисциплинированно совершенствоваться в соблюдении установленных принципов, не останавливаясь на достигнутом.
Система 5S при внедрении считается наиболее очевидной, но это не гарантирует лёгкости внедрения. Инерция мышления в некоторых производственных культурах мешает адаптации системы, начиная с первого шага: сотруднику кажется, что всё лежащее на столе, ему необходимо и ни от чего отказаться нельзя.
Буква «U» в названии метода – это эргономичная и рациональная форма расположения оборудование. Работник, оказавшись внутри «подковы», выполняет операции последовательно, двигаясь от конца одной «ножки» U к концу другой.
Причём, на последней стадии обработки детали оператор находится ближе всего к первой стадии, поэтому время перехода к началу нового цикла сокращается.
На «входе» в U-образный цикл происходит загрузка детали для обработки, далее, например, следует заточка, вальцовка, термообработка, очистка и зачистка на «выходе». После этого цикл стартует заново.
SMED
Аббревиатура SMED расшифровывается как «Single Minute Exchange of Die» – «смена штампа за минуту», а технология известна как способ быстрой переналадки оборудования «в одно касание». Внедрение технологии даёт возможность сокращать время цикла переналадки в десятки раз.
На закрепление штампов и их снятие в общем объёме операций уходит около 5% времени, на центрирование инструмента и его размещение – ещё 15%, пробная обработка и регулировка занимают порядка 50% времени. Если рассматривать все эти процессы как набор внешних операций (где подготовка штампов и приспособлений – 30% времени) и набор внутренних операций, которые занимают 70% времени, то задача сводится к максимальному преобразованию внутренних действий во внешние.
Достигается это с помощью использования дополнительных технических приспособлений: применением автоматических зажимов, функционального крепежа, упрощающего замену и т. п. Но несмотря на некоторые расходы, эконмический эффект заметно превосходит вложения.
TPM
Total Productive Maintenance, или система TPM, определяется как технология всеобщего ухода за оборудованием. Реализуется она путём профилактического обслуживания оборудования и заблаговременного устранения дефектов, которые могут привести к серьёзной поломке.
Чаще всего контроль осуществляется самим оператором, но во взаимодействии с обслуживающим персоналом и ремонтниками. Нередко для оценки системности проблемы и быстрого принятия решения в группу включается полномочный представитель руководства. Задачу контроля упрощает тот факт, что основные проблемы возникают либо при обкатке нового оборудования, либо при износе старого.
Основным показателем TPM считается ОЕЕ – общая эффективность оборудования (анг. Overall Equipment Effectiveness). Существует формула подсчёта показателя ОЕЕ, который, после вычислений, можно выразить в процентах.
Наглядность: картирование, визуализация, «Дерево причин» и др.
В концепции Lean всё должно быть понятно с первого взгляда и наглядно. Для этого широко применяются иллюстрации, карты и графики.
- Картирование (отрисовывание карты) создания потока ценности считается инструментом простым, но эффективным. Представляет собой графическую схему с информационными и материальными потоками, которые связывают начальные этапы производства с продуктами или услугами для конечного потребителя. Любые операции в этой схеме должны создавать ценность продукту. Благодаря наглядности видно, в каких «узких местах» этот поток может прерваться. При анализе карты видны потери и непроизводственные затраты, что позволяет разработать план их устранения.
- «Деревом причин» называется структурированное графическое отражение логических взаимосвязей между следствиями выявленных проблем и их причинами. Получающаяся схема внешне напоминает дерево, но иногда корреляция представляется в виде ишикавы – диаграммы, на которой все причины группируются и относятся к одному из 5 установленных видов: люди, машины, материалы, методы, окружающая среда.
- Диаграмма Парето – это инструмент, позволяющий расставить приоритеты при решении проблем. Принцип Парето, гласящий, что 20% усилий даёт 80% результатов, реализовывается следующим образом. Вычерчивается две оси, где ось Х определяет лёгкость устранения причины проблемы, а ось Y – эффект от её устранения. Координатная сетка делится на квадранты (4 области). А пронумерованные причины проблем расставляются в этих областях согласно их соответствию по осям Х-Y. Те причины, которые окажутся в правом верхнем квадранте, легче всего устранить и это даст наибольший эффект, поэтому они считаются приоритетными.
Помимо перечисленных, практику визуализации поддерживают и другие инструменты: «Матрица совместимости», «Матрица рисков» и т. п..
Инструменты для сбора информации
Для каждого этапа есть свой оптимальный набор инструментов, хотя некоторые инструменты используются сразу в нескольких процессах или обеспечивают эффективность внедрения Lean в целом. На этапе сбора информации начинающим оптимизаторам часто рекомендуют следующий инструментарий.
Овладение почти каждым из перечисленных инструментов предполагает прохождение специального обучение и, иногда, применение других, более простых инструментов, упрощающих внедрение технологии.
Практические нюансы
Некоторые, на первых взгляд, очевидные техники часто содержат скрытые сложности. Так, к интервью советуют специально готовиться, учитывая, что интервьюируемый может просто не понять расплывчатые вопросы, а провести повторное интервью не получится из-за высокой занятости рабочего. То есть, за час времени (это приблизительно 10 вопросов) нужно будет узнать о проблемах персонала, но предложение просто рассказать о проблемах, скорее всего, поставит сотрудника в тупик. Поэтому желательно конкретизировать свои вопросы, пошагово проанализировав всю повседневную деятельность сотрудника. Так в естественной беседе обнаруживают «узкие места» процессов, но нужно поймать баланс между контролируемой и непринуждённой беседой.
Причём, для создания доверительных отношений между опрашивающим и отвечающим не рекомендуется употреблять «пугающие» слова, которые имеют негативную коннотацию. Считается, например, что в России к таким стало относиться слово «оптимизация», поскольку с оптимизацией люди связывают сокращения и увольнения.
Ответы сотрудников лучше записывать. Если это не удаётся сделать быстро, то лучше привлечь ещё одного интервьюера и/или использовать диктофон, о котором работника следует заранее предупредить. Напарник в интервью поможет ещё и в том случае, если интервью застопорится или если спрашивающий противопоставлен по психотипу отвечающему.
При всём многообразии методов, специалисты по технологиям Lean отмечают, что овладение инструментами бережливого производства – это необходимая, но формальная часть внедрения. Содержательная часть предполагает изменение мышление, перестройку его под парадигму концепции Lean, понимание, что все процессы можно улучшить, если к задаче подходить с желанием исправить проблему, а не с желанием объяснить, почему этого сделать нельзя.
Концепция бережливого производства - это не просто прикладная методика, а целая философия, суть которой, с одной стороны, в реальной ориентации на потребности потребителя, а с другой – в постоянной работе над оптимизацией издержек. Методики, описанные в книге, используют такие известные компании, как Toyota и Porsche, а качественное внедрение lean-принципов позволяет и крупным, и небольшим компаниям существенно увеличивать экономические показатели. Издание будет полезно предпринимателям, топ-управленцам, менеджерам среднего звена, ориентированным на карьерный рост. С разрешения компании SmartReading мы публикуем саммари («сжатую» версию) книги Джеймса Вумека и Дэниэла Джонса.
SmartReading
– проект сооснователя одного из ведущих российских издательств деловой литературы «Манн, Иванов и Фербер» Михаила Иванова и его партнёров. SmartReading выпускает так называемые саммари – тексты, в сжатой форме излагающие ключевые идеи бестселлеров жанра нон-фикшн. Таким образом, люди, которые по каким-то причинам не могут оперативно прочесть полные версии книг, могут познакомиться с их главными идеями и тезисами. SmartReading использует в своей работе подписную бизнес-модель.
Введение
Бережливое производство - это революционная методика организации производства, которая позволила Японии захватить существенные доли в крупнейших экономиках мира. Когда триумф японского подхода стал очевиден, концепция стала распространяться и успешно применяться на предприятиях по всему миру. Со временем принципы бережливого производства проникли не только в другие страны, но и в другие области экономики. Появились самостоятельные бережливые концепции - бережливая логистика, бережливое строительство и т.д.
Бережливое производство - это не просто методика производства или продаж, это целая прикладная философия. Центральная фигура этой философии - потребитель. Предприятие обязано делать только то, что имеет ценность для потребителя. Для достижения этой цели бережливая организация постоянно избавляется от бесполезных операций.
Следование принципам бережливости не требует внедрения дорогостоящих новых технологий. Наоборот, бережливый метод часто менее требователен к технике, чем традиционное массовое производство. Бережливое производство не только может быть внедрено в компанию без существенных вложений, но часто, наоборот, приводит к высвобождению ресурсов. При этом практика внедрения показывает следующий эффект для предприятий:
- удвоение производительности труда в два раза;
- сокращение времени выпуска и уровня запасов на 90%;
- уровень брака, доходящего до потребителя, сокращается вдвое;
- время вывода нового товара на рынок сокращается вдвое;
- малыми средствами увеличивается число доступных модификаций товара.
Это средние показатели эффекта, подтверждённые годами исследований. Они кажутся невероятными для человека, не знакомого с принципами бережливости. Конечно, на практике внедрение бережливого производства не так просто, так как требует самого сложного - изменить взгляд на производство.
1. Пять принципов бережливого производства
Бережливое производство - это концепция управления организацией. Бережливая организация, в первую очередь, стремится избавиться от всех необязательных затрат. Но это не означает банальное сокращение издержек, экономию на качестве или масштабе. В философии бережливого производства существует сво1 представление о бережливости. Бережливая организация стремится предпринимать только те действия, которые непосредственно нужны потребителю, те, за которые он платит.
Для понимания бережливого производства прежде всего надо узнать пять ступеней его цикла.
1.1 Определение ценности
Бережливая организация смотрит на производство через призму пользы и «муда». Японское слово «муда» означает любые затраты, которые не создают ценности. Ценность - это конкретный продукт, который за определённую цену и в определённое время может удовлетворить потребность покупателя. Поэтому производство продукта, который не востребован потребителем, является чистыми потерями. Для бережливого производства вся его деятельность - это создание ценности. Поэтому первым делом для организации необходимо определить ценность, которую она создаёт.
Руководители компаний склонны искажать производимую ценность, уделяя внимание мнимым ценностям предприятия - новизне технологий производства, прибылям акционеров и др. Этому есть несколько основных причин.
1. Правильному определению создаваемой ценности препятствуют традиционные технологии и ориентация на внутренние потребности вместо потребностей потребителя. Например, авиакомпании могут сосредоточиться на максимально эффективном использовании своих активов, вместо того чтобы предлагать быструю, дешевую и безопасную перевозку своим клиентам.
Эффективно использовать то, что есть - это устаревшее представление об эффективности.
3. Ценность продукта образуется благодаря последовательным усилиям разных подразделений на разных стадиях производства, и для каждой точки этого пути конечная ценность выглядит по-разному. Простая совокупность видений всех участников процесса не описывает ценность, так как зачастую их взгляды на ценность противоречивы и даже конфликтуют между собой. Перейти на новое понимание ценности бывает сложно, просто потому что этот переход требует от участника цепочки пересмотра своей роли в ней.
Отправная точка применения технологии бережливого производства - точно определить ценность в терминах конкретного продукта, имеющего определённые характеристики и цену. При этом необходимо отбросить устоявшиеся представления, порождающие ложные ценности, отбросить знание о текущем процессе производства. Работа на создание ложной ценности - это муда в чистом виде.
После определения действительной ценности, которую создает организация, возможно определение перечня целевых затрат - количества ресурсов и трудовых затрат для производства продукта, при учёте полного избавления от муда. Рассчитанный уровень целевых затрат на следующих этапах является критерием проверки полезности каждого звена производства.
1.2 Поток создания ценности
Поток создания ценности - это путь, который проходит продукт от идеи до доставки готового продукта потребителю. Он состоит из трех этапов:
- Решение проблемы (разработка концепции и производство пробного образца).
- Организация информационных потоков (получение заказа, детальное планирование производства и доставки продукта).
- Физическое преобразование (непосредственно процесс производства и доставки).
Предприятие должно иметь полное представление о своих потоках создания ценности. Их необходимо фиксировать в виде схем, называемых картами потоков создания ценности. При составлении карты все действия в потоке делятся на три категории по признаку полезности:
- Действия, создающие ценность.
- Действия, не создающие ценность, но являющиеся необходимыми в силу технологических или других причин (муда первого порядка).
- Действия, не создающие никакой ценности; от таких действий можно мгновенно отказаться без потери ценности (муда второго порядка).
Поток создания ценности - это минимально возможный набор операций, требуемых для проектирования, изготовления и доставки продукта потребителю. Без его оптимизации и максимального, осмысленного сокращения и упрощения бережливое производство немыслимо.
Классический подход к массовому производству диктует проектировщикам производственных линий и оборудования, что линия должна быть эффективна сама по себе, однако такой подход на деле создает простои, увеличивает запасы и затраты на настройку оборудования. Бережливая организация подрывает классические представления массового производства. Объектом потока создания ценности является каждая отдельная деталь. Поток является последовательностью её изменений и перемещений.
Весь процесс производства должен оцениваться только с одной точки зрения - создания ценности для потребителя. Если в процессе производства сырьё приходится, например, несколько раз транспортировать или держать ничем не мотивированные запасы - это очевидная муда. Процент времени, которое занимают процессы, не создающие ценности, необходимо сокращать до минимума.
Поток создания ценности должен рассматриваться в совокупности, от идеи до конкретной поставки, независимо от того, сколько компаний или участков производства задействовано в этом процессе. Бережливое производство является средством коммуникации и совместной организации разрозненных участников процесса на основе общего интереса - удовлетворения потребности покупателя.
Каждая компания, включённая в поток создания ценности, может принимать и самостоятельные меры по сокращению муда. Она может приспособить свои процессы под процессы других организаций. Однако у такого подхода есть свой предел. Чтобы использовать весь потенциал бережливого производства, необходимо включать в эту парадигму все звенья цепи производства.
1.3 Организация движения потока
Существует ряд характерных особенностей организации производства и продаж для бережливых организаций.
1.3.1 Техническая и структурная реорганизация
Принципы бережливого производства достаточно резко конфликтуют с традиционным массовым производством в подходе к организации производственных помещений и процесса производства. Бережливое производство рассматривает поток создания ценности с точки зрения каждого изделия, а скопления незавершенного производства - как чистую муда. В соответствии с этими представлениями предприятие должно произвести ряд технических изменений.
Необходимо максимально сократить время на переналадку и переоснастку станков. Важно, чтобы производство позволяло быстро запустить обработку на любом этапе.
Необходимо сократить размер партий. В идеале производство партиями вообще должно быть устранено, хотя на практике это редко возможно. Крупные станки, работающие только с огромными партиями и требующие держать запасы - это источники потерь, которые не позволяют производству быть гибким и мгновенно отвечать на спрос.
Должна быть построена система контроля работоспособности мощностей для устранения случайных поломок. В идеале каждый станок должен быть готов запуститься максимально быстро и в любой момент.
Производственные мощности должны располагаться в непосредственной близости друг от друга. А этапы обработки сырья и сборки деталей должны располагаться последовательно, в соответствии с порядком этапов производства. Так, чтобы по завершении этапа производства изделие сразу же передавалось на следующий этап.
Бережливые организации активно используют методики визуального контроля и организации труда, появившиеся в Японии в середине XX века: 5S, «защита от дурака», канбан, «точно вовремя» и другие.
1.3.2 Организационная структура
Исходя из ориентации бережливого производства на потребителя, структура бережливой организации также ориентирована на продукты, а не на функции . Организация разделена на «ячейки» по продуктам или по группам родственных продуктов. В ячейках образуются рабочие группы, каждая из которых отвечает за весь цикл производства одного продукта. Основой организационной структуры становятся такие рабочие группы.
Этот принцип организации способствует снижению бюрократических барьеров. Бюрократия и конфликты интересов, характерные для функциональной структуры организации, препятствуют гладкому перемещению ценности между подразделениями.
На реализацию каждого проекта движения ценности необходимо выделить фиксированную команду специалистов, которая будет иметь возможность руководить процессом создания ценности на всей его протяженности.
Опыт показывает, что такая команда не должна состоять из большого числа узких специалистов; лучше работают небольшие команды из специалистов широкого профиля. Но при этом нужно, чтобы в команде были «представители» каждого крупного участка потока создания ценности, с превалирующей специализацией по этому участку.
Стандартизация рабочего процесса проектной команды позволяет прогнозировать и планировать ключевые показатели для каждого продукта в отдельности. Соответственно, изменяется и планирование, и экономика предприятия - можно списывать большую часть затрат непосредственно на себестоимость продукта, постоянных расходов почти не остается. Становится возможным оценивать прибыльность каждого продукта и эффективность каждого потока создания ценности.
Зачастую в традиционном производстве проектирование продукта и его изготовление обособлены друг от друга. Это приводит к тому, что прекрасно спроектированное изделие оказывается сложным и непродуманным в производстве. Проектная команда на бережливом предприятии работает непосредственно в реальном производстве. Тесная взаимосвязь всех звеньев потока создания продукта позволяет каждому участку работать на улучшение показателей всего потока производства.
В общем виде структура бережливой организации выглядит следующим образом:
На каждом бережливом предприятии есть особая структурная единица, которую иногда называют учебным центром. Непременное условие существования бережливой организации - прозрачность для всех участников производства на всей протяженности потока. В связи с этим работников необходимо не только обучать выполнению их непосредственных задач, но и разъяснять смысл решений руководства. Однако учебный центр - это не просто подразделение, занимающееся обучением сотрудников, это также и центр исследований. Помимо прочего, центры обучения собирают предложения по улучшению предприятия от любого сотрудника, анализируют и организуют их внедрение.
1.3.3 Планирование и финансы
На бережливом предприятии специалисты по продажам и планированию - это важнейшие участники в команде продукта. Они работают сообща: когда продукт ещё только проектируется, они уже планируют продажи . При производстве, в котором полностью исключены простои и паузы, такой подход оправдан - от начала производства до готовой продукции могут проходить считанные часы, и продавец может заранее спланировать время и объем поставки.
Цель бережливого предприятия - знать объём спроса на сегодняшний день и удовлетворить этот спрос как можно быстрее. Долгосрочное планирование объёмов продаж остаётся, но носит вспомогательный характер
Традиционная система финансов, стимулирующая работу каждого работника в каждый момент времени, не отвечает принципам бережливого производства, приводя к производству избытков продукции (чистейшая муда) и нарушению гладкого потока производства. Систему финансового учёта в условиях бережливого производства целесообразно разбить по семействам продуктов . Каждая продуктовая команда имеет собственные финансовые потоки и показатели и может самостоятельно закупать ресурсы и оборудование.
Некоторые элементы традиционной системы учёта могут оставаться для составления внешней финансовой отчетности. При этом для производства важнее внутренняя отчётность по командам, прозрачная и доступная каждому сотруднику организации - производительность команды (удельный объем продаж на каждого участника команды), уровень сервиса (процент изделий, доставленных вовремя), оборот запасов и качество продукции. В соответствии с этими показателями руководство может ставить перед командами ближайшие цели.
Тесная связь между спросом и производительностью позволяет избежать проклятия традиционной системы заказов, когда продавец премируется за объём продаж, без оглядки на возможности производства. Премии за объёмы продаж абсурдны, потому что приводят к задержкам в выполнении заказа и недовольству покупателей.
1.4 Вытягивание продукта
Объединение всех этапов и участников производства в едином потоке создания ценности приводит к значительному сокращению срока создания и поставки товара на рынок, значительно сокращается цикл производства. В идеале бережливое производство стремится напрямую удовлетворять спрос, ведь товар, нужный потребителю в данный момент - это чистая противоположность муда.
Подход, при котором производство напрямую отвечает на спрос, называется вытягиванием продукта - потребитель «вытягивает» продукт из организации. При этом исчезает необходимость в приёмах стимулирования спроса вроде распродаж, так как не скапливаются запасы
В соответствии с этим принципом ценность должна перемещаться по потоку только тогда, когда ее вытягивает следующая стадия производства . Ритм процессу задаёт график отгрузки готовой продукции. Дневной график поступает на последнюю стадию производства, откуда вниз по цепочке переходит потребность в производстве. Такая система работы возможна только когда отсутствуют простои между стадиями и время производства легко прогнозируемо. Движение спроса и ответное движение ценности выглядит следующим образом:
Разумеется, при таком подходе кардинально возрастает скорость оборотов производства. Система вытягивания ценности позволяет организации не делать работу, когда она не нужна, но для этого необходимо уметь начинать делать её быстро, только по требованию от следующего этапа, и завершить ровно в срок. Идеальная вытянутая система движения ценности должна выглядеть как гладкий непрерывный поток движения от проекта до отгрузки готового товара в максимально сжатый срок.
Принцип вытягивания продукта также влияет и хорошо накладывается на системы дистрибуции. Вместо того чтобы прогнозировать спрос и формировать заказы на месяц вперёд, лучше организовать дистрибуцию по дням и каждый день доставлять в точки продаж ровно столько единиц продукции, сколько было продано в этот день.
В целях сокращения времени доставки используются методы оптимизации хранения и доставки: упрощается доставка наиболее популярных изделий, изделия разделяются на категории по весу и объёму и другим показателям, и так далее. Важно, что для соблюдения принципов бережливого производства точки производства и точки продаж должны географически располагаться максимально близко.
Вытягивание ценности должно работать на всех этапах создания ценности, от доставки до заготовки сырья, чтобы дальше процесс создания ценности мог войти в цикл совершенствования.
1.5 Совершенство
Принцип совершенства означает бесконечное возвращение к предыдущим четырём шагам и их повторение. Каждый новый цикл, каждое новое улучшение выявляет муда, которая до этого была незаметна.
Процесс применения принципов бережливого производства в классической японской парадигме делится на две категории:
- Кайкаку - радикальные улучшения потока создания ценности;
- Кайдзен - процесс непрерывных улучшений, который начинается после первичной отладки системы.
Кайкаку должны совершаться по технологии, близкой к технологии первоначального создания потока - это создание рабочих команд и другие первичные преобразования.
Эффект от мероприятий кайдзен не имеет тенденции быстро терять эффективность со временем. Как ни парадоксально, в процессе улучшения муда обнаруживается всегда. С одной стороны, мероприятия кайдзен не бесплатны, с другой - не бывает процесса, полностью лишенного муда.
При хорошо выстроенной системе бережливого производства главным конкурентом фирмы становится совершенство - именно с ним соревнуется бережливое производство.
Для достижения результатов на пути усовершенствования необходимо уметь расставлять приоритеты - находить наиболее критичную муда и избавляться от нее, концентрируясь на этой задаче. Попытка улучшить всё сразу может привести к краху.
2. Внедрение бережливого производства на примере
Porsche
Классическим примером внедрения бережливого производства за пределами Японии является история компании Porsche. Пережив пик продаж в 1986 году (50 000 автомобилей), уже в 1992 году Porsche удалось продать только 14 000 автомобилей. В компании процветал немецкий подход к производству - во главу угла ставилось инженерное мастерство, компания имела сложную и жесткую управленческую структуру.
Падение продаж долго считалось в компании лишь временным колебанием рынка. Однако в 1991 году, когда компания понесла убытки в 40 млн/ долларов, уже стало ясно, что она находится в серьёзном кризисе. Разрешать ситуацию был приглашен Венделин Видекинг, являвшийся на тот момент одним из руководителей крупнейшего производителя автомобильных деталей. В итоге он стал агентом перемен в переходе на бережливое производство.
Видекинг принял дальновидное решение - изучать и перенимать опыт японских производителей, которые на тот момент уже захватили средний ценовой сегмент европейского рынка. В течение 1991-1992 годов Видекинг четырежды посетил Японию, где встречался со специалистами по производству, подробно изучил устройство производства крупнейших автомобильных компаний.
Результатом визитов стало соглашение между Porsche и Институтом Кайдзен (японский институт, обучающий и внедряющий бережливое производство во всем мире). В результате исследований было выявлено, что большие потери компания несет в результате своей негибкой системы проектирования и производства, консерватизма инженеров, слабых связей между этапами в потоке создания ценности и (что самое удивительное для немецкой компании) в результате высокого уровня брака в конечной продукции, который потом приходилось исправлять сервисным центрам.
Как любая старая немецкая компания, Porsche была очень консервативна и принимала любые изменения с трудом. Для того чтобы кардинальные изменения стали возможны, Видекинг организовал обучение в Японии управляющего, инженерного и производственного персонала. Также для работы над преобразованиями в Порше были приглашены японские эксперты.
В результате такой инициативы Видекинг спланировал и предпринял ряд решающих шагов.
Число уровней управления было сокращено с шести до четырёх (за счет упрощения иерархии производственных специалистов; их разделили на команды по 10 человек, подчиняющиеся одному мастеру).
Была создана «доска позора», игравшая роль визуального контроля качества . На доске фиксировался весь выявленный брак. При этом поощрялось выявление брака на ранних стадиях, где его стоимость минимальна. Одновременно до каждого работника было доведено, что брак, дошедший до конечного потребителя, обходится компании на порядок дороже, чем брак, выявленный на стадии его образования. Для большинства работников Porsche истинная стоимость их ошибок стала ошеломляющим открытием.
Была организована система подачи предложений - каждый сотрудник получил возможность предложить улучшение процесса производства, которое внедрялось, если оно действительно способствовало повышению качества и производительности. Удачные идеи поощрялись. Такая система была и раньше, но каждое предложение встречало столько препятствий, что система просто не работала.
На производстве была внедрена собственная система контроля качества . В каждом центре затрат для каждой производственной бригады существовал ряд плановых показателей, которые были видны всем сотрудниками. Плановые показатели включали в себя процент брака на каждой стадии, точность сроков поставки деталей на следующую стадию и показатели производственной дисциплины сотрудников.
Одновременно с осуществлением этих шагов были воплощены рекомендации по кайкаку специалистов Института Кайдзен, направленные на уменьшение запасов и организацию плавного движения деталей от обработки сырья до сборки автомобиля. Помимо избавления от муда на своих собственных производствах, Porsche занялась работой с поставщиками деталей, продвигая принципы бережливого производства и поставки деталей по принципу «точно вовремя» (just in time) и к 1995 году, за два года, работа 30 из 60 заводов-поставщиков Порше претерпела существенные изменения.
За время внедрения бережливого производства, с 1991 по 1997 год, ключевые показатели Porsche изменились следующим образом:
- время от создания концепции до запуска в серию сократилось с 7 до 3 лет;
- время от начала сварочных работ до выпуска автомобиля сократилось с 6 недель до 3 дней;
- уровень запасов сократился в 6 раз;
- уровень брака в поставляемых деталях сократился в 100 раз, на производственной линии - в 4 раза;
- трудозатраты на производство сократились в 3 раза.
3. Построение бережливого предприятия
Чтобы внедрить бережливое производство на предприятии, целесообразно начать с пробного хода - сосредоточиться на каком-то одном продукте, проекте или заказе, попробовать перевести его на бережливые принципы и оценить возможности и выгоды такого подхода.
Необходимое условие реорганизации - игнорировать традиционные представления о процессе и его участниках. Лучше начинать стремительно, с самой важной муды, которая при этом находится на виду у всех. Позитивный опыт в одном участке производства сильно повышает доверие сотрудников к бережливому производству.
Лидером в организации бережливого предприятия, как правило, становится компания, которая соединяет в себе все прочие потоки, собирая их в конечный продукт. То есть, например, сборочная компания, которая получает детали, собирает автомобиль и отдаёт его на дистрибуцию. Начавшись внутри такой компании, процесс преобразования потом может перейти на поставщиков и дистрибьюторов.
Самой большой проблемой на пути построения бережливой организации на всем потоке создания ценности может оказаться условие прозрачности участников. Для того чтобы бережливый подход принес максимум пользы, все участники потока должны быть на виду, а это сопряжено с раскрытием коммерческих тайн или финансовых данных, на что компании часто отказываются идти в обмен на будущее процветание. Чтобы преодолеть недоверие, необходимо несколько условий:
- ценность каждого семейства продуктов участники потока должны устанавливать сообща;
- все фирмы в потоке создания ценности должны получать выгоду, соразмерную их объему инвестиций;
- участники потока должны взаимно и сообща проверять все участки потока с целью выявления муда и постоянно повторять цикл ее выявления и устранения.
Для внедрения бережливого производства на предприятии нужны определенные условия:
- Необходим «агент перемен» - человек, обладающий достаточными полномочиями и готовый к конфликтам и борьбе за внедрение новых принципов в работу.
- У компании должны быть основы знания о бережливом производстве (не только у агента перемен).
- Бизнес организации должен быть в кризисе - только компания, в которой все очевидно плохо, может быть готова к кардинальным переменам.
- Необходимо иметь чёткое и полное представление о потоках создания ценности в компании.
Для внедрения поточного метода организации необходимо предпринять следующие шаги:
- Разделить производство на ячейки по семействам продуктов и организовать команды для работы над каждым семейством;
- Создать отдельное подразделение, которое будет собирать воедино и анализировать опыт рабочих групп, чтобы выделять из него самые действенные практики и обучать им остальные рабочие группы;
- Спланировать и провести ряд мероприятий, после которых традиционная работа партиями трансформируется в гладкий поток, провести техническую реорганизацию; выделить процессы создания ценности, на которые организация пока не может повлиять, если таковые есть, и найти способ приспособиться к этим процессам;
- Разработать ряд целевых показателей, на достижение которых будет ориентироваться производство (сократить количество запасов, сократить производственный цикл и т. д.).
Переход на бережливое производство сотрудники зачастую встречают с опасением - оптимизация производства часто сопряжена с сокращением штата. Чтобы не терять сотрудников, организации часто прибегают к увеличению объемов производства. Такой ход оказывается возможным и оправданным благодаря эффекту бережливости - повышению конкурентоспособности компании и увеличению объёма продаж. Для этого лучше заранее разработать стратегию роста.
Высвобожденные бережливым производством ресурсы целесообразно приспособить под новые нужды организации либо вложить в стимулирование спроса или развитие новых направлений работы. Но, так или иначе, в большинстве случаев штат приходится сокращать. Сокращения по принципу бережливого производства также осуществляются в терминах пользы и муда - организация в первую очередь избавляется от сотрудников, не создающих ценность для потребителя.
Заключение
Бережливое производство постоянно стремится к совершенству. В движении к совершенству задействованы все сотрудники компании. Идеал бережливого производства - это мгновенное беспрепятственное создание ценности, нужной в данный момент потребителю. Для достижения этой цели бережливое производство постоянно избавляется от операций, не создающих ценности, потому что они отдаляют организацию от идеала.
Цикл совершенствования начинается с определения создаваемой ценности и, пройдя пять стадий, замыкается, чтобы повторяться бесконечно. Шаги этого цикла таковы:
- Определение создаваемой ценности.
- Описание потока создания ценности. В поток включаются все участники, начиная от заготовки сырья и завершая доставкой товара покупателю.
- Когда карта потока составлена, необходимо предпринять ряд шагов для реорганизации.
- Улучшения сглаживают поток создания ценности, позволяя потребителю вытягивать ценность из организации.
- Когда явная муда устранена, цикл начинается снова для выявления новой муда.
Внедрение принципов бережливой организации на предприятии может занять годы и столкнуться с серьёзными трудностями. Однако если предприятие готово к изменениям, то нет никаких заведомо непреодолимых препятствий - бережливые методы подходят для предприятий любых стран, культур и сфер деятельности.
Не требуя высоких инвестиций, бережливое производство помогает предприятиям в разы увеличивать свои экономические показатели, значительно повышать качество продукции и даже захватывать новые рынки.
Атомная электростанция или сокращенно АЭС это комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.
Во второй половине 40-х годов, перед тем, как были закончены работы по созданию первой атомной бомбы которая была испытана 29 августа 1949 года, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии. Основным направлением проектов была электроэнергетика.
В мае 1950 года в районе поселка Обнинское Калужской области, начато строительство первой в мире АЭС.
Впервые электроэнергию с помощью ядерного реактора получили 20 декабря 1951 года в штате Айдахо в США.
Для проверки работоспособности генератор был подключен к четырем лампам накаливания, ни то не ожидал, что лампы зажгутся.
С этого момента человечество стало использовать энергию ядерного реактора для получения электричества.
Первые Атомные электростанции
Строительство первой в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт было закончено в 1954 году и 27 июня 1954 года она была запущена, так начала работать .
В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт.
Строительство Белоярской промышленной АЭС началось так же в 1958 году. 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям.
В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969.
В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.
В других странах первая АЭС промышленного назначения была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания) ее мощность составляла 46 МВт.
В 1957 году вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).
Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются:
- США (788,6 млрд кВт ч/год),
- Франция(426,8 млрд кВт ч/год),
- Япония (273,8 млрд кВт ч/год),
- Германия (158,4 млрд кВт ч/год),
- Россия (154,7 млрдкВт ч/год).
Классификация АЭС
Атомные электростанции можно классифицировать по нескольким направлениям:
По типу реакторов
- Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятностипоглощения нейтрона ядрами атомов топлива
- Реакторы на лёгкой воде
- Реакторы на тяжёлой воде
- Реакторы на быстрых нейтронах
- Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов
- Термоядерные реакторы
По виду отпускаемой энергии
- Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии
- Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию
На атомных станциях, расположенных на территории России имеются теплофикационные установки, они необходимы для подогрева сетевой воды.
Виды топлива используемого на Атомных электростанциях
На атомных электростанциях возможно использование несколько веществ, благодаря которым можно выработать атомную электроэнергию, современное топливо АЭС – это уран, торий и плутоний.
Ториевое топливо сегодня не применяется в атомных электростанциях, для этого есть ряд причин.
Во-первых , его сложнее преобразовать в тепловыделяющие элементы, сокращенно ТВЭлы.
ТВЭлы - это металлические трубки, которые помещаются внутрь ядерного реактора. Внутри
ТВЭлов находятся радиоактивные вещества. Эти трубки являются хранилищами ядерного топлива.
Во-вторых , использование ториевого топлива предполагает его сложную и дорогую переработку уже после использования на АЭС.
Плутониевое топливо так же не применяют в атомной электроэнергетике, в виду того, что это вещество имеет очень сложный химический состав, система полноценного и безопасного применения еще не разработана.
Урановое топливо
Основное вещество, вырабатывающее энергию на ядерных станциях – это уран. На сегодняшний день уран добывается несколькими способами:
- открытым способом в карьерах
- закрытым в шахтах
- подземным выщелачиванием, при помощи бурения шахт.
Подземное выщелачивание, при помощи бурения шахт происходит путем размещения раствора серной кислоты в подземных скважинах, раствор насыщается ураном и выкачивается обратно.
Самые крупные запасы урана в мире находятся в Австралии, Казахстане, России и Канаде.
Самые богатые месторождения в Канаде, Заире, Франции и Чехии. В этих странах из тонны руды получают до 22 килограмм уранового сырья.
В России из одной тонны руды получают чуть больше полутора килограмм урана. Места добычи урана нерадиоактивны.
В чистом виде это вещество мало опасно для человека, гораздо большую опасность представляет радиоактивный бесцветный газ радон, который образуется при естественном распаде урана.
Подготовка урана
В виде руды уран в АЭС не используют, руда не вступает в реакцию. Для использования урана на АЭС сырье перерабатывается в порошок – закись окись урана, а уже после оно становится урановым топливом.
Урановый порошок превращается в металлические «таблетки», - он прессуется в небольшие аккуратные колбочки, которые обжигаются в течение суток при температурах больше 1500 градусов по Цельсию.
Именно эти урановые таблетки и поступают в ядерные реакторы, где начинают взаимодействовать друг с другом и, в конечном счете, дают людям электроэнергию.
В одном ядерном реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.
Перед размещением урановых таблеток в реакторе они помещаются в металлические трубки из циркониевых сплавов - ТВЭлы, трубки соединяются между собой в пучки и образуют ТВС – тепловыделяющие сборки.
Именно ТВС называются топливом АЭС.
Как происходит переработка топлива АЭС
Спустя год использования урана в ядерных реакторах необходимо производить его замену.
Топливные элементы остужают в течение нескольких лет и отправляют на рубку и растворение.
В результате химической экстракции выделяются уран и плутоний, которые идут на повторное использование, из них делают свежее ядерное топливо.
Продукты распада урана и плутония направляются на изготовление источников ионизирующих излучений, их используют в медицине и промышленности.
Все, что остается после этих манипуляций, отправляется в печь для разогрева, из этой массы варится стекло, такое стекло находится в специальных хранилищах.
Из остатков изготавливают стекло не для массового применения, стекло используется для хранения радиоактивных веществ.
Из стекла сложно выделить остатки радиоактивных элементов, которые могут навредить окружающей среде. Недавно появился новый способ утилизации радиоактивных отходов.
Быстрые ядерные реакторы или реакторы на быстрых нейтронах, которые работают на переработанных остатках ядерного топлива.
По подсчетам ученых, остатки ядерного топлива, которые сегодня хранятся в хранилищах, способны на 200 лет обеспечить топливом реакторы на быстрых нейтронах.
Помимо этого, новые быстрые реакторы могут работать на урановом топливе, которое делается из 238 урана, это вещество не используется в привычных атомных станциях, т.к. сегодняшним АЭС проще перерабатывать 235 и 233 уран, которого в природе осталось немного.
Таким образом, новые реакторы – это возможность использовать огромные залежи 238го урана, которые до этого не применялись.
Принцип работы АЭС
Принцип работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР).
Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура.
На выходе из турбин, пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.
Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).
Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ.
Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.
Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор).
Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) - два натриевых и один водяной контуры.
В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.
Устройство ядерного реактора
В ядерном реакторе используется процесс деления ядер, при котором тяжелое ядро распадается на два более мелких фрагмента.
Эти осколки находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны.
Нейтроны могут вызвать новые деления, в результате которых их излучается еще больше, и так далее.
Такой непрерывный самоподдерживающийся ряд расщеплений называется цепной реакцией.
При этом выделяется большое количество энергии, производство которой является целью использования АЭС.
Принцип работы ядерного реактора и атомной электростанции таков, что коло 85% энергии расщепления высвобождается в течение очень короткого промежутка времени после начала реакции.
Остальная часть вырабатывается в результате радиоактивного распада продуктов деления, после того как они излучили нейтроны.
Радиоактивный распад является процессом, при котором атом достигает более стабильного состояния. Он продолжается и после завершения деления.
Основные элементы ядерного реактора
- Ядерное топливо: обогащённый уран, изотопы урана и плутония. Чаще всего используется уран 235;
- Теплоноситель для вывода энергии, которая образуется при работе реактора: вода, жидкий натрий и др.;
- Регулирующие стержни;
- Замедлитель нейтронов;
- Оболочка для защиты от излучения.
Принцип действия ядерного реактора
В активной зоне реактора располагаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) – ядерное топливо.
Они собраны в кассеты, включающие в себя по несколько десятков ТВЭЛов. По каналам через каждую кассету протекает теплоноситель.
ТВЭЛы регулируют мощность реактора. Ядерная реакция возможна только при определённой (критической) массе топливного стержня.
Масса каждого стержня в отдельности ниже критической. Реакция начинается, когда все стержни находятся в активной зоне. Погружая и извлекая топливные стержни, реакцией можно управлять.
Итак, при превышении критической массы топливные радиоактивные элементы, выбрасывают нейтроны, которые сталкиваются с атомами.
В результате образуется нестабильный изотоп, который сразу же распадается, выделяя энергию, в виде гамма излучения и тепла.
Частицы, сталкиваясь, сообщают кинетическую энергию друг другу, и количество распадов в геометрической прогрессии увеличивается.
Это и есть цепная реакция - принцип работы ядерного реактора. Без управления она происходит молниеносно, что приводит к взрыву. Но в ядерном реакторе процесс находится под контролем.
Таким образом, в активной зоне выделяется тепловая энергия, которая передаётся воде, омывающей эту зону (первый контур).
Здесь температура воды 250-300 градусов. Далее вода отдаёт тепло второму контуру, после этого – на лопатки турбин, вырабатывающих энергию.
Преобразование ядерной энергии в электрическую можно представить схематично:
- Внутренняя энергия уранового ядра
- Кинетическая энергия осколков распавшихся ядер и освободившихся нейтронов
- Внутренняя энергия воды и пара
- Кинетическая энергия воды и пара
- Кинетическая энергия роторов турбины и генератора
- Электрическая энергия
Активная зона реактора состоит из сотен кассет, объединенных металлической оболочкой. Эта оболочка играет также роль отражателя нейтронов.
Среди кассет вставлены управляющие стержни для регулировки скорости реакции и стержни аварийной защиты реактора.
Атомная станция теплоснабжения
Первые проекты таких станций были разработаны ещё в 70-е годы XXвека, но из-за наступивших в конце 80-х годов экономических потрясений и жёсткого противодействия общественности, до конца ни один из них реализован не был.
Исключение составляют Билибинская АЭС небольшой мощности, она снабжает теплом и электричеством посёлок Билибино в Заполярье (10 тыс. жителей) и местные горнодобывающие предприятия, а также оборонные реакторы (они занимаются производством плутония):
- Сибирская АЭС, поставляющая тепло в Северск и Томск.
- Реактор АДЭ-2 на Красноярском горно-химического комбинате, с 1964 г.поставляющий тепловую и электрическую энергию для города Железногорска.
На момент кризиса было начато строительство нескольких АСТ на базе реакторов, аналогичных ВВЭР-1000:
- Воронежская АСТ
- Горьковская АСТ
- Ивановская АСТ (только планировалась)
Строительство этих АСТ было остановлено во второй половине 1980-х или начале 1990-х годов.
В 2006 году концерн «Росэнергоатом» планировал построить плавучую АСТ для Архангельска, Певека и других заполярных городов на базе реакторной установки КЛТ-40, используемой на атомных ледоколах.
Имеется проект, строительства необслуживаемой АСТ на базе реактора «Елена», и передвижной (железнодорожным транспортом) реакторной установки «Ангстрем»
Недостатки и преимущества АЭС
Любой инженерный проект имеет свои положительные и отрицательные стороны.
Положительные стороны атомных станций:
- Отсутствие вредных выбросов;
- Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (золаугольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
- Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
- Высокая мощность: 1000-1600 МВт на энергоблок;
- Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.
Отрицательные стороны атомных станций:
- Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
- Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
- Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
- Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700-800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.
Научные разработки в сфере атомной энергетики
Конечно, имеются недостатки и опасения, но при этом атомная энергия представляется самой перспективной.
Альтернативные способы получения энергии, за счёт энергии приливов, ветра, Солнца, геотермальных источников и др. в настоящее время имеют не высокий уровнем получаемой энергии, и её низкой концентрацией.
Необходимые виды получения энергии, имеют индивидуальные риски для экологии и туризма, например производство фотоэлектрических элементов, которое загрязняет окружающую среду, опасность ветряных станций для птиц, изменение динамики волн.
Ученые разрабатывают международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые позволят повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.
Россия начала строительство первой в мире плавающей АЭС, она позволяет решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны.
США и Япония ведут разработки мини-АЭС, с мощностью порядка 10-20 МВт для целей тепло и электроснабжения отдельных производств, жилых комплексов, а в перспективе - и индивидуальных домов.
Уменьшение мощности установки предполагает рост масштабов производства. Малогабаритные реакторы создаются с использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность утечки ядерного вещества.
Производство водорода
Правительством США принята Атомная водородная инициатива. Совместно с Южной Кореей ведутся работы по созданию атомных реакторов нового поколения, способных производить в больших количествах водород.
INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения, будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750000 литров бензина.
Финансируются исследования возможностей производства водорода на существующих атомных электростанциях.
Термоядерная энергетика
Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза.
Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.
В настоящее время при участии России, на юге Франции ведётся строительство международного экспериментального термоядерного реактора ITER.
Что такое КПД
Коэффициент полезного действия (КПД) - характеристика эффективности системы или устройства в отношении преобразования или передачи энергии.
Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.
КПД атомной электростанции
Наиболее высокий КПД (92-95%) – достоинство гидроэлектростанций. На них генерируется 14% мировой электро мощности.
Однако, этот тип станций наиболее требователен к месту возведения и, как показала практика, весьма чувствителен к соблюдению правил эксплуатации.
Пример событий на Саяно-Шушенской ГЭС показал, к каким трагическим последствиям может привести пренебрежение правилами эксплуатации в стремлении снизить эксплуатационные издержки.
Высоким КПД (80%) обладают АЭС. Их доля в мировом производстве электроэнергии составляет 22%.
Но АЭС требуют повышенного внимания к проблеме безопасности, как на стадии проектирования, так и при строительстве, и во время эксплуатации.
Малейшие отступления от строгих регламентов обеспечения безопасности для АЭС, чревато фатальными последствиями для всего человечества.
Кроме непосредственной опасности в случае аварии, использование АЭС сопровождается проблемами безопасности, связанными с утилизацией или захоронением отработанного ядерного топлива.
КПД тепловых электростанций не превышает 34%, на них вырабатывается до шестидесяти процентов мировой электроэнергии.
Кроме электроэнергии на тепловых электростанциях производится тепловая энергия, которая в виде горячего пара или горячей воды может передаваться потребителям на расстояние в 20-25 километров. Такие станции называют ТЭЦ (Тепло Электро Централь).
ТЕС и ТЕЦ не дорогие в строительстве, но если не будут приняты специальные меры, они неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.
Неблагоприятное воздействие на окружающую среду зависит от того, какое топливо применяется в тепловых агрегатах.
Наиболее вредны продукты сгорания угля и тяжёлых нефтепродуктов, природный газ менее агрессивен.
ТЭС являются основными источниками электроэнергии на территории России, США и большинства стран Европы.
Однако, есть исключения, например, в Норвегии электроэнергия вырабатывается в основном на ГЭС, а во Франции 70% электроэнергии генерируется на атомных станциях.
Первая электростанция в мире
Самая первая центральная электростанция, the Pearl Street, была сдана в эксплуатацию 4 сентября 1882 года в Нью-Йорке.
Станция была построена при поддержке Edison Illuminating Company, которую возглавлял Томас Эдисон.
На ней были установлены несколько генераторов Эдисона общей мощностью свыше 500 кВт.
Станция снабжала электроэнергией целый район Нью-Йорка площадью около 2,5 квадратных километров.
Станция сгорела дотла в 1890году, сохранилась только одна динамо-машина, которая сейчас находится в музее the Greenfield Village, Мичиган.
30 сентября 1882 года заработала первая гидроэлектростанция the Vulcan Street в штате Висконсин. Автором проекта был Г.Д. Роджерс, глава компании the Appleton Paper & Pulp.
На станции был установлен генератор с мощностью приблизительно 12.5 кВт. Электричества хватало на дом Роджерса и на две его бумажные фабрики.
Электростанция Gloucester Road. Брайтон был одним из первых городов в Великобритании с непрерывным электроснабжением.
В 1882 году Роберт Хаммонд основал компанию Hammond Electric Light , а 27 февраля 1882 года он открыл электростанцию Gloucester Road.
Станция состояла из динамо щетки, которая использовалась, чтобы привести в действие шестнадцать дуговых ламп.
В 1885 году электростанция Gloucester была куплена компанией Brighton Electric Light. Позже на этой территории была построена новая станция, состоящая из трех динамо щеток с 40 лампами.
Электростанция Зимнего дворца
В 1886 году в одном из внутренних дворов Нового Эрмитажа была построена электростанция.
Электростанция была крупнейшей во всей Европе, не только на момент постройки, но и на протяжении последующих 15 лет.
Ранее для освещения Зимнего дворца использовались свечи, с 1861 года начали использовать газовые светильники. Так как электролампы имели большее преимущество, были начаты разработки по внедрению электроосвещения.
Прежде чем здание было полностью переведено на электричество, освещении при помощи ламп использовали для освещения дворцовых зал во время рождественских и новогодних праздников 1885 года.
9 ноября 1885 года, проект строительства «фабрики электричества» был одобрен императором Александром III. Проект включал электрификацию Зимнего дворца, зданий Эрмитажа, дворовой и прилегающей территории в течение трех лет до 1888 года.
Была необходимость исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Его разместили во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».
Как выглядела станция
Здание станции занимало площадь 630 м², состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 электрическими динамо-машинами. Общая мощность достигала 445 л.с.
Первыми осветили часть парадных помещений:
- Аванзал
- Петровский зал
- Большой фельдмаршальский зал
- Гербовый зал
- Георгиевский зал
Было предложено три режима освещения:
- полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова);
- рабочее – 230 ламп накаливания;
- дежурное (ночное) – 304 лампы накаливания.
Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год.
Крупные ТЭС, АЭС и ГЭС России
Крупнейшие электростанции России по федеральным округам:
Центральный:
- Костромская ГРЭС, которая работает на мазуте;
- Рязанская станция, основным топливом для которой является уголь;
- Конаковская, которая может работать на газе и мазуте;
Уральский:
- Сургутская 1 и Сургутская 2. Станции, которые являются одними из самых крупных электростанций РФ. Обе они работают на природном газе;
- Рефтинская, функционирующая на угле и являющаяся одной из крупнейших электростанций на Урале;
- Троицкая, также работающая на угле;
- Ириклинская, главным источником топлива для которой является мазут;
Приволжский:
- Заинская ГРЭС, работающая на мазуте;
Сибирский ФО:
- Назаровская ГРЭС, потребляющая в качестве топлива мазут;
Южный:
- Ставропольская, которая также может работать на совмещенном топливе в виде газа и мазута;
Северо-Западный:
- Киришская на мазуте.
Список электростанций России, которые вырабатывают энергию при помощи воды, расположены на территории Ангаро-Енисейского каскада:
Енисей:
- Саяно-Шушенская
- Красноярская ГЭС;
Ангара:
- Иркутская
- Братская
- Усть-Илимская.
Атомные электростанции России
Балаковская АЭС
Расположена рядом с городом Балаково, Саратовской области, на левом берегу Саратовского водохранилища. Состоит из четырёх блоков ВВЭР-1000, введённых в эксплуатацию в 1985, 1987, 1988 и 1993 годах.
Белоярская АЭС
Расположена в городе Заречный, в Свердловской области, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской).
На станции были сооружены четыре энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и два с реактором на быстрых нейтронах.
В настоящее время действующими энергоблоками являются 3-й и 4-й энергоблоки с реакторами БН-600 и БН-800 электрической мощностью 600 МВт и 880 МВт соответственно.
БН-600 сдан в эксплуатацию в апреле 1980 - первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах.
БН-800 сдан в промышленную эксплуатацию в ноябре 2016 г. Он также является крупнейшим в мире энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.
Билибинская АЭС
Расположена рядом с городом Билибино Чукотского автономного округа. Состоит из четырёх блоков ЭГП-6 мощностью по 12 МВт, введённых в эксплуатацию в 1974 (два блока), 1975 и 1976 годах.
Вырабатывает электрическую и тепловую энергию.
Калининская АЭС
Расположена на севере Тверской области, на южном берегу озера Удомля и около одноимённого города.
Состоит из четырёх энергоблоков, с реакторами типа ВВЭР-1000, электрической мощностью 1000 МВт, которые были введены в эксплуатацию в 1984, 1986, 2004 и 2011 годах.
4 июня 2006 года было подписано соглашение о строительстве четвёртого энергоблока, который ввели в строй в 2011 году.
Кольская АЭС
Расположена рядом с городом Полярные Зори Мурманской области, на берегу озера Имандра.
Состоит из четырёх блоков ВВЭР-440, введённых в эксплуатацию в 1973, 1974, 1981 и 1984 годах.
Мощность станции - 1760 МВт.
Курская АЭС
Одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.
Расположена рядом с городом Курчатов Курской области, на берегу реки Сейм.
Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1976, 1979, 1983 и 1985 годах.
Мощность станции - 4000 МВт.
Ленинградская АЭС
Одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.
Расположена рядом с городом Сосновый Бор Ленинградской области, на побережье Финского залива.
Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1973, 1975, 1979 и 1981 годах.
Мощность станции - 4 ГВт. В 2007 году выработка составила 24,635 млрд кВт ч.
Нововоронежская АЭС
Расположена в Воронежской области рядом с городом Воронеж, на левом берегу реки Дон. Состоит из двух блоков ВВЭР.
На 85 % обеспечивает Воронежскую область электрической энергией, на 50 % обеспечивает город Нововоронеж теплом.
Мощность станции (без учёта ) - 1440 МВт.
Ростовская АЭС
Расположена в Ростовской области около города Волгодонск. Электрическая мощность первого энергоблока составляет 1000 МВт, в 2010 году подключен к сети второй энергоблок станции.
В 2001-2010 годах станция носила название «Волгодонская АЭС», с пуском второго энергоблока АЭС станция была официально переименована в Ростовскую АЭС.
В 2008 году АЭС произвела 8,12 млрд кВт-час электроэнергии. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составил 92,45 %. С момента пуска (2001) выработала свыше 60 млрд кВт-час электроэнергии.
Смоленская АЭС
Расположена рядом с городом Десногорск Смоленской области. Станция состоит из трёх энергоблоков, с реакторами типа РБМК-1000, которые введены в эксплуатацию в 1982, 1985 и 1990 годах.
В состав каждого энергоблока входят: один реактор тепловой мощностью 3200 МВт и два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый.
Атомные электростанции США
АЭС Шиппингпорт с номинальной мощностью 60 МВт, открыта в 1958 году в штате Пенсильвания. После 1965 года произошло интенсивное сооружение атомных электростанций по всей территории Штатов.
Основная часть атомных станций Америки была сооружена в дальнейшие после 1965 года 15 лет, до наступления первой серьезной аварии на АЭС на планете.
Если в качестве первой аварии вспоминается авария на Чернобыльской АЭС, то это не так.
Причиной аварии стали нарушения в системе охлаждения реактора и многочисленные ошибки обслуживающего персонала. В итоге расплавилось ядерное топливо. На устранение последствий аварии ушло около одного миллиарда долларов, процесс ликвидации занял 14 лет.
После авария правительство Соединенных Штатов Америки откорректировало условия безопасности функционирования всех АЭС в государстве.
Это соответственно привело к продолжению периода строительства и значительному подорожанию объектов «мирного атома». Такие изменения затормозили развитие общей индустрии в США.
В конце двадцатого века в Соединенных Штатах было104 работающих реактора. На сегодняшний день США занимают первое место на земле по численности ядерных реакторов.
С начала 21 столетия в Америке было остановлено четыре реактора в 2013 году, и начато строительство ещё четырех.
Фактически на сегодняшний момент в США функционирует 100 реакторов на 62 атомных электростанциях, которыми производится 20% от всей энергии в государстве.
Последний сооруженный реактор в США был введен в эксплуатацию в 1996 году на электростанции Уотс-Бар.
Власти США в 2001 году приняли новое руководство по энергетической политике. В нее внесен вектор развития атомной энергетики, посредствам разработки новых видов реакторов, с более подходящим коэффициентом экономности, новых вариантов переработки отслужившего ядерного топлива.
В планах до 2020 года было сооружение нескольких десятков новых атомных реакторов, совокупной мощностью 50 000 МВт. Кроме того, достичь поднятия мощности уже имеющихся АЭС приблизительно на 10 000 МВт.
США - лидер по количеству атомных станций в мире
Благодаря внедрению данной программы, в Америке в 2013 году было начато строительство четырех новых реакторов – два из которых на АЭС Вогтль, а два других на Ви-Си Саммер.
Эти четыре реактора новейшего образца – АР-1000, производства Westinghouse.