Поточная линия

Основным звеном поточного производства является поточная линия. Это совокупность рабочих мест, расположенных в последовательности технологического процесса и предназначенных для выполнения определенных, закрепленных за ними операций.

Поточные линии классифицируются по ряду признаков:

1) по количеству наименований изготавливаемых на них изделий – однопредметные (массово-поточные) и многопредметные (серийно-поточные);

2) по степени непрерывности процесса – непрерывно-поточные и переменно-поточные;

3) по способу поддержания ритма – с регламентированным и свободным ритмами;

4) по виду применяемых транспортных средств – конвейерные и неконвейерные;

5) по характеру движения конвейера – непрерывного и периодического действия;

6) по месту выполнения рабочих операций – непосредственно на конвейере и на специальных рабочих местах.

В условиях массового и крупносерийного производств применяются в основном непрерывно-поточные однопредметные линии, характерными признаками которых являются:

– производство одного вида изделий;

– высокая степень синхронности в выполнении смежных операций;

– постоянно действующий технологический процесс;

– большой масштаб производства однотипной продукции.

Линия, за которой закреплена обработка изделий нескольких наименований (при незначительной трудоемкости или при небольших программных заданиях), называется многопредметной. Она характерна для серийного производства. За многопредметными линиями изделия закрепляют с таким расчетом, чтобы их можно было обрабатывать с минимальными потерями времени на переналадку оборудования при достаточной загрузке рабочих мест и совпадении маршрута обработки.

Поточные линии различного назначения и организационного уровня включают в себя:

- однономенклатурные конвейерные линии массового и крупносерийного производства с полной синхронизацией операций, выполняемых непосредственно на конвейере (поточные линии с рабочим конвейером) и на стационарных рабочих местах со снятием объектов с конвейера (поточные линии с распределительным конвейером);

- прямоточные (неполностью синхронные) однономенклатурные линии;

- многономенклатурные непереналаживаемые и переналаживаемые линии серийного и мелкосерийного производства;

- стационарные полностью синхронные линии, отличающиеся неподвижным положением объектов в течение всего периода их изготовления;

- синхронные линии со свободным ритмом;

- автоматические однономенклатурные линии с полной и неполной синхронизацией операций и др.

К настоящему времени разработано много разновидностей поточных линий (поточных участков обработки ДСЕ), основные из которых представлены на рис. 6.1.

1. Для непрерывно-поточных линий характерно непрерывное (без межоперационных пролеживаний) движение ДСЕ по операциям при непрерывной работе рабочих и оборудования. Непрерывность достигается за счет полной синхронизации (выравнивания производительностей) всех операций линии. Основная область применения – сборочные операции.

Основными разновидностями НПЛ являются линии с рабочими и линии с распределительными конвейерами, а также стационарные (стендовые) потоки.

Непрерывно-поточные линии с рабочими конвейерами используют главным образом для сборки и отделки при достаточно больших программных заданиях. Операции выполняют непосредственно на конвейере; операторы располагаются вдоль несущей его части с одной или с двух сторон в порядке следования операций технологического процесса. Изделия на конвейере устанавливают и закрепляют на равном расстоянии друг от друга.

Непрерывно-поточные линии с распределительными конвейерами применяют главным образом на участках механической обработки, отделки и сборки небольших изделий при больших программных заданиях (рис. 6.2).

Операции выполняют на стационарных рабочих местах. Изделия снимают с конвейера и по окончании операции возвращают на него. Рабочие места располагаются вдоль конвейера с одной или двух его сторон. Изделия равномерно размещают на несущей части транспортера на подвесках, тележках, каретках или на участках ленты, отмеченных знаками.

Рисунок 6.2. Схема планировки линии с распределительным конвейером

Стационарные непрерывно-поточные линии применяются при производстве крупногабаритных конструкций большой массы, изготовление которых связано со сложными сборочно-монтажными операциями. Их транспортировка технически затруднена и экономически нецелесообразна. В этом случае изделия в течение всего процесса их изготовления остаются на одних и тех же стендах (манипуляторах и других устройствах), число которых в наиболее простом случае равно числу операций.

2. Если синхронизация отсутствует – организуют прерывно-поточные линии. Основная область применения – механическое производство.

Эта форма поточного производства применяется при обработке трудоемких деталей на разнотипном оборудовании. Технологические операции на прямоточных линиях не синхронизированы в следствие различной трудоемкости операций на этих линиях возникают межоперационные оборотные заделы (что служит показателем прерывности процесса). Для обеспечения ритмичной работы на такой линии необходимо установить наиболее целесообразный регламент ее работы. Этот регламент должен предусматривать величину укрупненного ритма, порядок работы на каждом рабочем месте, последовательность и периодичность перехода рабочих-совместителей по обслуживаемым станкам, размер и динамику оборотных заделов.

При этом под укрупненным ритмом понимается устанавливаемый период времени, в течение которого на линии формируется выработка продукции в количестве, соответствующем плановому заданию на этот период. При выборе укрупненного ритма прямоточной линии необходимо учитывать периодичность передачи продукции с данной линии на последующие участки; требования рациональной организации труда для рабочих-совместителей (частоту переходов), а также оптимальную величину заделов.

Для расчета и организации линии составляют план-график ее работ.

В качестве разновидности используются серийно-прямоточные линии, за которыми закрепляют различные изделия, имеющие несинхронизированные технологические процессы. То, что нормы времени не согласованы с тактом, значительно упрощает подбор деталей для обработки, но вместе с тем обуславливает прерывность производства и наличие межоперационных заделов. Конструктивное сходство деталей для такой линии не обязательно, технологические маршруты обработки также могут различаться. При переходе к обработке других изделий станки могут переналаживаться, а в случае группового прямоточного производства такая переналадка не требуется.

Во всех случаях, как правило, используются линии со свободным ритмом. Линии с регламентированным ритмом характерны только для непрерывно-поточного конвейерного производства, когда ритм поддерживает сам конвейер.

3. Автоматические линии представляют собой совокупность машин, автоматически выполняющих технологические операции по обработке ДСЕ и объединенных общими для линии механизмами управления и транспортировки ДСЕ. По организационной сути это развитие однопредметных НПЛ с высокой степенью автоматизации работ.

4. Гибкое автоматизированное производство построено на современных технических средствах (станках с ЧПУ, технологических и вспомогательных роботах, транспортно-накопительных и складских системах и т.п.).

Оно позволяет, не останавливая оборудование, переходить на выпуск новой продукции в пределах технических возможностей оборудования. По организационной сути – это многономенклатурные НПЛ с очень высокой степенью автоматизации работ.

Основные признаки, определяющие организационную форму поточной линии приведены на рис. 3.3.

Рисунок 6.3. Схема классификации поточных линий по основным признакам

Под структурой поточной линии в общем виде следует понимать состав входящих в нее рабочих мест (технологических участков), транспортных средств, управляющих и других устройств (систем) и производственные взаимосвязи между ними. Наиболее сложной является структура поточного производства на уровне цеха (предприятия), под которой понимается состав поточных линий различного назначения, робототехнических комплексов, гибких автоматизированных модулей, транспортно-накопительных, управляющих и других систем и формы производственных взаимосвязей между ними.

Выбору структуры поточного производства и его комплектованию должен предшествовать анализ конструкционно-технологических особенностей изделий и определение уровня их технологичности с учетом формы, габаритов, массы, марок и видов материалов, их свойств, характера технологии и состава входящих в нее операций, методов их выполнения и затрат времени, необходимого оборудования, инструментов, приспособлений, средств механизации и автоматизации, приборов (аппаратов) для предупреждения дефектов и выявления брака, а также с учетом технических и эксплуатационных требований к изделиям, предусмотренных ГОСТами, ОСТами, техническими условиями заказчика потребителя.

Выбор типа оборудования для поточной линии предопределяется характером технологического процесса, составом, сложностью и назначением входящих в него операций; габаритами, массой изготовляемого изделия и требованиями, предъявляемыми к его качеству. При комплектовании поточных линий желательно добиться прямолинейного расположения оборудования, если позволяют производственные мощности и тип выбранных транспортных средств.

Выбор рациональной структуры и компоновка являются важной предпосылкой разработки оптимальных планировок поточных линий (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Схемы компоновки и планировок поточных линий

Оценка оптимальности варианта планировки линии производится по таким технико-экономическим показателям, как доля площади, занятой непосредственно технологическим оборудованием, выпуск продукции на 1 кв.м производственной площади, длина пути, проходимого за смену рабочим при обслуживании им нескольких единиц оборудования, и др.

Важным организующим структурным элементом поточного производства является транспорт. Учитывая многообразие различных факторов, в поточном производстве применяют средства периодического транспорта (краны, электрокары, тельферы и др.), бесприводные средства непрерывного транспорта (рольганги, скаты), приводные средства непрерывного транспорта (ленточные, пластинчатые, цепные и другие транспортеры), роботизированные транспортные средств (промышленные роботы, различные транспортно-накопительные автоматизированные системы).

Выбор организационных форм поточных линий определяется тактом работы линии, степенью синхронизации операций технологического процесса, уровней загрузки рабочих мест на линии.

Под тактом поточной линии г понимается календарный период времени между запуском (выпуском) на линию данного объекта (деталь, сборочная единица, изделие) и следующего за ним. Такт является функцией заданной программы выпуска, существенно влияет на выбор технологического процесса, оборудования, оснастки, транспортных средств.

В общем виде величина такта определяется:

r=F_д/N_з

где Fд – действительный фонд времени за плановый период (смена, сутки, месяц);

Nз – количество запускаемых на поточную линию объектов производства за тот же период.

В тех случаях, когда передача с операции на операцию осуществляется транспортными партиями (небольшие детали, малая величина такта, измеряемая секундами), рассчитывается ритм поточной линии:

r_р=rn_тр,

где n_тр – величина транспортной (передаточной) партии.

По способу поддержания ритма различают линии с регламентированным и свободным ритмом. Линии с регламентированным ритмом характерны для непрерывно-поточного производства. Здесь ритм поддерживается с помощью конвейеров или сигнализации. Линии со свободным ритмом не имеют технических средств, строго регламентирующих ритм работы. Эти линии применяются при любых формах потока, и соблюдение ритма в этом случае возлагается непосредственно на работников данной линии.

Чтобы обеспечить единый такт или ритм поточной линии, при организации поточного производства осуществляется синхронизация, т. е. производительность выравнивается по всем операциям технологического процесса. Синхронизация означает достижение равенства или кратности времени выполнения операций технологического процесса установленному такту их работы и является важной предпосылкой непрерывного функционирования линий.

К наиболее распространенным способам синхронизации относятся: расчленение операции на переходы и комбинирование различных вариантов порядка их выполнения или группирование переходов нескольких операций, концентрация операций, введение параллельных рабочих мест на операциях, длительность которых кратна такту, интенсификация режимов работы, совмещение времени выполнения нескольких переходов, рационализация рабочих приемов, совмещение времени машинной и ручной работы и др.

Рассматривают предварительную синхронизацию с отклонением от такта (ритма) в пределах примерно ± 10 %, которая осуществляется при проектировании поточных линий, и окончательную, более точную, синхронизацию – при отладке линии.

Предварительная синхронизация достигается подбором метода выполнения операций, оборудования и технологической оснастки, режимов обработки и структуры операции. В операциях с большим удельным весом ручного времени, например на сборке, синхронизация достигается в результате перекомпоновки переходов.

На первом этапе не всегда удается обеспечить полную синхронизацию процесса; в этот период допускается отклонение в загрузке рабочих мест на 8 – 10 %. Эта перегрузка должна быть ликвидирована при отладке линии путем внедрения организационно-технических мероприятий, повышающих производительность труда на перегруженных рабочих местах, т.е. при окончательной синхронизации процесса. В числе подобных мероприятий можно назвать применение средств малой механизации, форсирование технологических режимов, внедрение высокопроизводительной оснастки, рациональную планировку рабочего места и улучшение его обслуживания, индивидуальный подбор рабочих для перегруженных операций, а также материальное стимулирование повышения производительности труда на этих операциях.

Полная синхронизация операций обеспечивается при достижении равенства

t₁/ c₁ = t₂/ c₂= t₃/ c₃ = t_m/ c_m= r_пл

где t1, t2, t3, t_m – норма времени по операциям, мин.;

с1, с2, с3, с_m – число рабочих мест на операции, шт.;

r_пл – такт поточной линии, мин.

На следующем этапе определяем необходимое число рабочих мест (единиц оборудования) для каждой операции:

с_iрасч=t_i/r_пл

где t_i – норма времени на i-ю операцию.

При полной синхронизации потока величина с_{i расч} всегда целое число, загрузка рабочих мест полная и одинаковая на всех операциях. При неполной синхронизации на несинхронных операциях с_{i расч} не равно целому числу. Экономически целесообразно округлять с_{i расч} до ближайшего меньшего числа, предусмотрев при этом использование рациональной оснастки, более рационального режима работы оборудования и т.д. При этом допустимая перегрузка рабочего места в расчетах должна быть не более 10 – 12 % со снятием ее при отладке линии.

Коэффициент загрузки рабочих мест на каждой операции, %,

Средний коэффициент загрузки рабочих мест на поточной линии, %,

Коэффициенты К_з и К_зср являются показателями целесообразности применения поточного производства. Желательно иметь в массово-поточном производстве нижний предел загрузки рабочих мест 80 – 85 %, а в серийно-поточном – 70 – 75 %.

Далее осуществляем планировку поточной линии, начиная ее с разработки схем рабочих мест по всем операциям и выбора рациональных транспортных средств. В результате общей компоновки поточной линии определяется ее внешний контур, способ расстановки оборудования, расположение транспортных средств, средств промежуточного и окончательного контроля, мест для заделов. Планировка поточных линий (см. рис. 6.5) должна обеспечивать прямоточность и наиболее короткий путь движения изделия, рациональное использование производственных площадей, удобство транспортировки заготовок и деталей к рабочим местам, к местам обслуживания и выполнения ремонтов.

Рисунок 6.5. Схема планировки поточной линии с распределительным конвейером  (под цифрой 1 – пример расположения объектов производства и разметочных знаков на конвейере)

1 – ленточный транспортер, 2 – места для складирования,

3 – приводная и стяжная станция, 4 – стеллаж

После расчета такта, количества рабочих мест для последующей планировки конвейера рассчитывается его шаг l_ш , т. е. расстояние между осями симметрии двух рядом расположенных объектов на конвейере.

Длина деления, или шаг конвейера, выбирается из соотношения l_шmin< l_ш<l_шmin. l_шmin определяется габаритами объекта и средним расстоянием между двумя рядом находящимися на конвейере объектами (l_ср= 200 – 300 мм), а 1ш max определяется допустимой скоростью движения конвейера.

Скорость движения конвейера должна соответствовать такту потока. Это соответствие достигается, если путь, равный шагу, конвейер проходит за такт:

vk=lш /r.

Чаще всего применяют распределительные конвейеры со скоростями в пределах 0,5 + 2 м/мин. Период распределительного конвейера П – это комплект знаков, предназначенных для его разметки.

Длина рабочей части конвейера:

w_pi и w_ki – количество рабочих мест, где выполняются производственные и контрольные операции;

и – число всех операций в технологическом процессе.

Длина рабочей линии конвейера l_р к согласовывается с его периодом.

Рабочий конвейер оснащен механическим транспортером, который перемещает обрабатываемый объект вдоль линии, регламентирует ритм работы и служит местом выполнения операций. Поскольку объекты не снимаются с конвейера, линии рабочим конвейером применяют главным образом для сборки сварки изделий, заливки в формы (в литейных цехах), окраски узлов и агрегатов в специальных окрасочно-сушильных автоматических камерах.

Шаг рабочего конвейера l_ш при сборке небольших изделий часто принимают равным 1 – 1,2 м, а при сборке крупногабаритных изделий руководствуются такими же соображениями, как и для распределительного конвейера, т. е. учитываются габариты объекта и расстояние между ними. Максимально допустимый шаг лимитируется также допустимой скоростью движения конвейера. Рациональными скоростями рабочего конвейера считаются 0,5 – 2,5 м/мин при сборке относительно небольших объектов или при повышенных требованиях к ее точности.

При таких скоростях вполне допустимо непрерывное движение конвейера. Если требуется скорость больше, чем 2,5 м/мин, применяют конвейер пульсирующего типа. Однако при высокой технологической оснащенности сборочных работ, бригадной организации труда и в условиях непрерывного движения скорость υ_к может быть значительно выше 2,5 м/мин. (см. метод. указания «Поточное производство»).

Прямоточные (прерывно-поточные) линии чаще всего используют для механической обработки деталей (заготовок) при недогрузке оборудования из-за несинхронности процесса. Поэтому прямоточные линии экономически оправдывают себя, если достигнута синхронизация большей части операций, включенных в технологическую цепочку линии, и возможна комбинированная загрузка рабочих, работающих на недогруженном оборудовании, путем закрепления за ними двух-трех операций.

Для прямоточных линий устанавливается наиболее целесообразный для данных условий производства период обслуживания рабочими-совместителями закрепленных за ними рабочих мест с выполнением на каждом из них определенного задания. Он зависит от уровня ритмичности, грузоподъемности транспортных средств и других факторов.

На прерывно-поточных (прямоточных) линиях с характерной для них различной производительностью на отдельных операциях непрерывность отсутствует, однако ритмичность выпуска здесь соблюдается. Ритм линии в этом случае укрупненный и определяется интервалом времени, в течение которого на линии формируется выработка установленной величины, например часовая, полусменная, сменная.

По способу поддержания ритма различают линии с регламентированным и свободным ритмом. Линии с регламентированным ритмом характерны для непрерывно-поточного производства. Здесь ритм поддерживается с помощью конвейеров или сигнализации. Линии со свободным ритмом не имеют технических средств, строго регламентирующих ритм работы. Эти линии применяются при любых формах потока, и соблюдение ритма в этом случае возлагается непосредственно на работников данной линии.

В связи с отсутствием синхронности процесса на прямоточной линии возникает из-за разной производительности на смежных рабочих местах межоперационные оборотные заделы. Изменение межоперационного оборотного задела определяется по формуле:

где Z_{об i,i+1} – изменение межоперационного оборотного задела между операциями за период времени Т’;

Т’ – период времени, в течение которого смежные операции находятся в неизменных условиях по производительности, мин.;

С_{пр i}, С_{пр i+1} – количество работающих станков на предшествующей и последующей операциях за период Т’;

t’_{шт i}, t’_{шт i+1} – откорректированное штучное время соответственно предшествующей и последующей операций, мин.

Значение Т’, С_{пр i}, С_{пр i+1} определяются на основании графика-регламента работы оборудования (рис. 6.6).

Схема планировки прямоточных линий должна предусматривать территориальное сближение рабочих мест, обслуживаемых рабочими-совместителями. Наиболее приемлемыми транспортными средствами для прямоточных линий являются рольганги, тельферы, электрокары.

Групповое производство – это форма организации прерывных производственных процессов, позволяющая обеспечивать пропорциональность, непрерывность, прямоточность и ритмичность единичного, мелко- и среднесерийного производства за счет применения методов и средств, свойственных крупносерийному и массовому производству.

Это многопредметная линия, на которой технологически родственные изделия обрабатываются без переналадок оборудования. Каждое рабочее место оборудуется групповыми приспособлениями, необходимыми для обработки группы изделий, закрепленной за линией. Изделия передаются от станка к станку поштучно или партиями, иногда комплектами. Станки размещаются в последовательности операций технологического маршрута.

Если технологические процессы обработки всех закрепленных за линией изделий удается полностью синхронизировать, то в организационном отношении линия работает как линия массового производства. Если процессы нельзя синхронизировать, то внедряется групповая прямоточная линия. Подбор изделий для закрепления за групповой непрерывно-поточной линией должен обеспечивать единство технологического маршрута и возможность синхронизации операций.

Групповое производство характерно изготовлением групп изделий различной конфигурации в специализированных производственных подразделениях.

Различаются следующие организационные формы группового производства:

· специализированное групповое рабочее место, т.е. рабочее место, предназначенное для изготовления группы изделий при общей наладке и отдельных подналадках в течение длительного интервала времени;

· групповая поточная линия – многономенклатурная ленточная линия полного или частичного изготовления групп изделий на специализированных, групповых рабочих местах, расположенных в последовательности выполнения операций групповых технологических процессов для всех или большинства изделий;

· участок группового производства, т.е. участок, предназначенный для совместного изготовления группы изделий на специализированных рабочих местах при групповой форме организации технологических процессов;

· цех группового производства – это цех, состоящий в основном из участков группового производства и групповых поточных линий.

При подетальной специализации и групповой форме организации производства создаются подетально-групповые цехи, участки и поточные линии, в основе которых лежит конструктивно-технологическая классификация деталей, учитывающая не только общность их конструктивного оформления, но и общность технологических операций от их назначения. Это позволяет увеличивать серийность производства.

Многономенклатурные поточные линии применяются в цехах, изготавливающих изделия (заготовки, детали, узлы) широкой номенклатуры, причем количество каждого из них сравнительно невелико. Полная загрузка поточных линий в таких условиях производства достигается путем закрепления за ними нескольких технологически сходных наименований объектов и выполнения на каждом рабочем месте нескольких операций. переход от изготовления одного объекта к другому может осуществляться без переналадки оборудования – непереналаживаемые групповые линии (групповой поток), с переналадкой части или всех рабочих мест линии и с изменением режима ее работы – переналаживаемые переменно-поточные линии.

Как уже отмечалось, поточное производство является прогрессивной формой организации производственного процесса. Оно характеризуется дифференциацией процесса, постоянным закреплением операций за рабочими местами, размещением рабочих мест по ходу технологического процесса. Внедрение поточного производства способствует росту производительности труда, снижению длительности производственного цикла, а также снижению себестоимости изготавливаемой продукции. В условиях поточного производства повышается качество продукции, снижаются потери от брака.

Высокая эффективность поточного производства объясняется тем, что оно неразрывно связано с повышением уровня организации производственного процесса, а также с применением более совершенной техники и технологии.

Основными источниками экономической эффективности поточного производства являются:

· снижение трудоемкости изготовления изделий;

· снижение материалоемкости в результате применения металлосберегающей технологии заготовительного производства;

· высокая производительность труда и снижение доли заработной платы в себестоимости изделия;

· оснащение поточных линий прогрессивными приспособлениями и измерительными приборами, что обеспечивает высокое качество продукции и снижение потерь от брака.

В результате сокращения длительности производственного цикла резко сокращается объем незавершенного производства, что приводит к уменьшению оборотных средств.

В то же время при организации поточного (конвейерного) производства возникает немало социальных, экономических, организационных и технических проблем: жесткая конструкция ограничивает возможность быстрой перестройки при изменении номенклатуры; высокая степень разделение труда снижает возможность его разнообразия, что приводит к односторонним физическим нагрузкам; простейшие по сложности операции снижают привлекательность труда и увеличивают текучесть рабочих кадров.

Эти и целый ряд других факторов приводят к необходимости поиска новых организационных форм конвейерного производства как в нашей стране, так и за рубежом. Так, например, при организации конвейеров у каждого рабочего места предусматривают резерв запасных деталей, создают возможность рабочим в течение смены или недели менять выполняемые ими операции; передают рабочему либо сборку всех деталей в готовое изделие, либо сборку узла, состоящую из разнообразных операций; создают бригады, выполняющие все операции по сборке; разрабатывают специальные приспособления, позволяющие изменять положение обрабатываемого (собираемого) изделия в пространстве.