Принципы проектирования

При проектировании необходимо по возможности выдерживать следующие принципы:

1. Поточность производства.

2. Автоматизацию производства.

3. Специализацию и кооперирование.

4. Унификацию и нормализацию.

5. Гибкость производства.

6. Производственную эстетику.

7. Культуру производства.

1. Поточность производства. Наиболее эффективным с экономической точки зрения является массовое производство. Для определения типа производства используется коэффициент закрепления операций

, (5.1)

где – число технологических операций, выполняемых на участке, линии или в цехе в течение одного месяца; M – число рабочих мест (станков) на участке, линии или цехе.

По ГОСТ 3.1108-74 принято следующее деление на типы производства:

1. Единичное: _. > 40.

2. Mелкосерийное: 40 > _. > 20.

3. Среднесерийное: 20 > _. > 10.

4. Крупносерийное: 10 > _. > 1.

5. Mассовое: < 1.

Тип производства с технологической точки зрения характеризуется средним числом операций, выполняемых на одном рабочем месте, а это определяет степень специализации и особенности используемого оборудования. Важна также и степень различия содержания операций. Если конфигурация обрабатываемых на одном станке деталей не сильно отличается, то и переналадка осуществляется просто и быстро. Необходимо учитывать и особенности оборудования: переналадка агрегатного станка сложнее токарного универсального. В пределах одного цеха могут быть разные типы производства на разных участках.

Высшей формой организации массового производства является поточное производство. Достоинства: 1) дисциплинирует производство за счет такта; 2) легче автоматизировать; 3) уменьшается незавершенное производство. Недостаток: требуется тщательная разработка технологического процесса.

2. Автоматизация производственного процесса применяется после тщательного технико-экономического анализа. Автоматизация позволяет сократить количество рабочих, но увеличивается количество обслуживающего персонала (наладчики, конструкторы, программисты и т. п.). Различают автоматизацию для массового производства (обычно используются автоматические линии, агрегатные станки, станки-автоматы и полуавтоматы и т. п. c «жестким» программированием с помощью кулачков, но могут быть использованы и станки с ЧПУ) и для мелкосерийного производства с использованием станков с ЧПУ.

Основной недостаток использования станков с ЧПУ – это высокая стоимость оборудования (порой на порядок выше обычного), большая сложность систем управления, что требует большего штата по обслуживанию оборудования. Применение оборудования с ЧПУ оправдано при работе не менее чем в две смены и при наличии достаточного количества однотипных станков на участке (не менее 3 штук для многостаночной работы).

При проектировании современного механосборочного производства следует ориентироваться на комплексную автоматизацию. Уровень автоматизации основных и вспомогательных процессов, определяемый из технико-экономических соображений, должен быть по возможности одинаков, т. к. производительность всего автоматизированного комплекса будет в значительной мере определяться наиболее «слабым» звеном в производственной цепочке.

Основным критерием при выборе состава оборудования цеха являются минимальные приведенные затраты Зна годовой выпуск:

З = С + Е _н × К,(5.2)

где С — себестоимость годового выпуска; Е _н = 0,15 — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; К — капитальные вложения, рассчитанные на годовой объем продукции, которые включают стоимость оборудования, инструмента, зданий; затраты на незавершенное производство, жилищное и культурно-бытовое строительство.

Развитие автоматизации производства, а также современные тенденции в машиностроении, характеризующиеся увеличением удельного веса многономенклатурного серийного производства и сокращением продолжительности выпуска изделий в условиях массового производства, обусловили создание и широкое внедрение гибких производственных систем (ГПС).

В соответствии с ГОСТ 26228—85 ГПС — это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного промежутка времени, обладающая свойством автоматической переналадки при производстве изделий различной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

По организационным признакам выделяют следующие ГПС: гибкую автоматизированную линию (ГАЛ); гибкий автоматизированный участок (ГАУ); гибкий автоматизированный цех (ГАЦ); гибкий автоматизированный завод (ГАЗ).

ГПМ состоит из единицы технологического оборудования и оснащен автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса (устройствами загрузки, выгрузки). Он может автономно функционировать, а также может быть встроен в систему более высокого ранга.

ГАЛ и ГАУ состоят из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления. В ГАЛ оборудование расположено в последовательности выполнения технологических операций, а в ГАУ предусмотрена возможность изменения последовательности используемого оборудования.

ГАЦ представляет собой совокупность ГАЛ и ГАУ в различных сочетаниях, предназначенных для изготовления изделий заданной номенклатуры, например: цех механообработки, сборки, термообработки и др.

ГАЗ представляет собой совокупность ГАЦ, предназначенных для выпуска готовых изделий.

Производственная структура ГПС включает в себя два основных комплекса: производственный и управляющий вычислительный комплекс (УВК). При построении комплексов и их составных частей используют системный подход: каждая составная часть рассматривается как система, состоящая из технических средств автоматизации и механизации физического труда и управленческих функций с определенным порядком их взаимодействия.

В свою очередь, производственный комплекс включает в себя производственную систему и систему обеспечения функционирования (СОФ) производства. СОФ ГПС — это совокупность взаимосвязанных систем, обеспечивающих технологическую подготовку производства изделий, управление ГПС с помощью ЭВМ, хранение и автоматическое перемещение объектов производства и технологической оснастки.

В общем случае в состав СОФ входят:

1) автоматизированная транспортная или транспортно-складская система (АТСС);

2) автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);

3) система автоматизированного контроля (САК);

4) автоматизированная система удаления отходов (АСУО);

5) система обеспечения профилактики и ремонта оборудования (СПР);

6) автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП);

7) система автоматизированного проектирования (САПР);

8) автоматизированная система технологической подготовки про­изводства (АСТПП);

9) автоматизированная система управления (АСУ ГПС) и др.

В соответствии с двумя формами специализации участков механообработки — технологической и предметной — возможны два направления создания ГПС.

Первое направление охватывает автоматизацию отдельных технологических операций и создание операционных ГПС (токарных, фрезерных, шлифовальных).

Второе направление характеризуется комплексной автоматизацией технологических процессов обработки деталей определенного класса, что в условиях быстрой переналадки обеспечивает значительно большую эффективность по сравнению с эффективностью операционных ГПС. Организационной основой ГПС является групповая технология, обеспечивающая минимальные простои оборудования из-за переналадки при подетальной специализации участков и цехов. В этом случае на участке выполняются технологически однородные операции обработки различных деталей одного изделия или нескольких различающихся изделий.

Для этого предварительно производят классификацию всех деталей (или изделий) по конструктивно-технологическим признакам (похожими по конструкции и технологии обработки). Затем детали объединяют в группы по признаку общности применяемого оборудования, наладок и инструментальной оснастки. После этого разрабатывают групповые технологические процессы, позволяющие выполнять обработку на участках любых деталей группы по общему технологическому процессу.

Методы групповой обработки в условиях ГПС обеспечивают резкое сокращение производственных циклов и межоперационных транспортных операций, уменьшение незавершенного производства и существенное ускорение освоения новых изделий.

В соответствии с принципами групповой технологии создают ГПС для изготовления деталей типа тел вращения (валы, фланцы, втулки, зубчатые колеса и др.); корпусных деталей и пространственных кронштейнов и рычагов, плоскостных деталей (планки, крышки, плоские рычаги, панели и др.); смешанной группы деталей, состоящих из деталей, входящих в перечисленные выше группы.

Преимущества ГПС наиболее полно реализуются, если на автоматизированном участке линии осуществляется полное изготовление деталей. Однако, ввиду отсутствия пока ГПМ для некоторых технологических операций, а также необходимости использования имеющегося оборудования на предприятиях, допускается в обоснованных случаях выполнять отдельные операции на других участках с более низким уровнем автоматизации.

В этом случае ГПС используется в качестве составной части участка или цеха, имеющего менее высокий уровень автоматизации.

В настоящее время в механообработке применяют три типа решений ГПС. Это:

1) создание гибких участков и линий из работающих на заводе и серийно выпускаемых станков с ЧПУ. При этом участки дополняют автоматизированными транспортными системами, складами, станки оснащаются устройствами автоматической загрузки. Подобные ГПС внедряются заводами, имеющими большой опыт эксплуатации станков с ЧПУ и хорошо развитые вычислительные центры;

2) создание линий и участков на базе типовых решений, разработанных станкостроительными НИИ и КБ и серийно выпускаемых ГПМ;

3) создание ГПС на базе специальных разработок с использованием новых прогрессивных решений и оборудования, спроектированного по агрегатному принципу (многопозиционных многоцелевых станков, ГПМ с многошпиндельными головками и др.).

Первый тип решения характерен для совершенствования и реконструкции производства, второй и третий типы решений связаны с принципиальным обновлением производства.

Надо отметить высокую стоимость ГПС, поэтому при выборе состава оборудования необходимо определить рациональную степень автоматизации производственной системы. Общий подход к применению автоматизированных систем иллюстрирует диаграмма, показанная на рис. 5.1.

ГПС занимают промежуточное положение между относительно малопроизводительными станками с ЧПУ, обладающими высокой гибкостью, и автоматическими линиями массового производства, высокопроизводительными, но значительно менее гибкими. Специальные линии представляют собой комплексы крупносерийного производства из многопозиционных агрегатных станков с ЧПУ, оборудованных транспортными системами.

Рис. 5.1. Эффективность автоматизированных производственных
систем с гибкой технологией

Основными источниками повышения эффективности ГПС являются повышение доли машинного времени за счет сокращения вспомогательного времени при автоматической смене заготовок и сокращения времени переналадки, повышение коэффициента сменности до 2,5…3,0, уменьшение вложений в оборотные средства путем сокращения партий запуска и производственного цикла.

Поэтому при выборе состава ГПС и степени автоматизации транспортной системы, системы инструментообеспечения и контроля необходимо оценивать допустимое при этом возрастание стоимости производственной системы по сравнению со стоимостью системы при использовании автономных станков с ЧПУ.

3. Специализация и кооперирование являются неотъемлемой частью увеличения экономической эффективности производства. Специализация – это форма общего разделения труда. Ей способствует концентрация производства и увеличение объема выпуска, что позволяет применять специализированные и специальные станки, имеющие большую производительность. Специализация позволяет применять более производительные технологии (например, вместо строгания применять протягивание), что уменьшает себестоимость изготовления.

Различают три границы специализации:

1. Экономическую (когда имеется наименьшая себестоимость продукции).

2. Физиологическую (при специализации на рабочем месте повышается утомляемость из-за монотонности труда).

3. Социальную (оскуднение содержательности труда). Для уменьшения отрицательного воздействия этого фактора рекомендуется периодически менять рабочее место.

Специализация может быть: 1) детальная (на участке обрабатываются только определенные детали); 2) предметная (собирается или изготавливается только определенное изделие); 3) технологическая (литейный цех, кузнечный цех, цех черновой механической обработки и т. п.).

При специализации деталей производится настолько много, что их необходимо кому-то продавать. В этом случае необходимо кооперирование – работа группы предприятий по выпуску какой-то продукции. Например, один завод делает валы на автоматической линии, другой – зубчатые колеса, третий – льет и обрабатывает корпуса механизмов.

4. Унификация и нормализация являются необходимыми мероприятиями при специализации и кооперировании. Унификация – это приведение к единообразию форм выпускаемой продукции. Например, чтобы электрические розетки одного предприятия подходили к электрическим вилкам другого предприятия. Нормализация – это установление единых норм и требований. Например, установление конкретных контролируемых параметров при изготовлении зубчатых колес.

5. Гибкость производства подразумевает способность к переналадке. Это очень важный фактор при острой конкурентной борьбе. Переналадка может осуществляться без смены оборудования (если прежнее оборудование позволяет освоить производство новых изделий) и со сменой. В случае необходимости смены оборудования переналадка может осуществляться при полной остановке производства и при параллельном освоении новой продукции на специальных площадях. Второй путь более предпочтителен, поэтому при проектировании цеха необходимо резервировать место для установки нового оборудования. Обычно это место не пустует – там размещают дополнительную линию и т. п. При переналадке выпуск продукции будет производиться только на одной линии.

Для увеличения гибкости производства необходимо проведение конструктивно-технологических и строительно-монтажных мероприятий.

По первой группе мероприятий необходимо применять такие конструкторские решения, чтобы не было проблем с поиском и приобретением нового оборудования. При проектировании технологических процессов желательно применение более универсального оборудования или с большим диапазоном размеров обрабатываемых деталей. При групповой технологии разрабатывается точная технология на комплексную деталь (не существующую в реальности, но содержащую все виды обработки реальных деталей), а каждая конкретная деталь обрабатывается по этой наладке с соответствующей коррекцией, а какие-то переходы вообще не выполняются. При этой технологии важно правильно сгруппировать детали и для них предусмотреть группы оборудования.

В перечень строительно-монтажных мероприятий входит:

1. Использование быстросменных панелей с пенопластовым наполнителем вместо капитальных перегородок. Применение капитальных перегородок допустимо только при особых требованиях к помещениям (например, для обеспечения пожаробезопасности складов горюче-смазочных материалов).

2. Применение крупной сетки колонн (чтобы в будущем колонны не мешали переустановке оборудования). Под сеткой колонн подразумевается расстояние между колоннами в поперечном (L) и продольном (t) направлениях. Применяются следующие сетки колонн (L´t): 12´6; 12´9; 12´12; 18´6; 18´9; 18´12; 24´6; 24´9; 24´12 м. Применение необоснованно крупной сетки требует применения плит перекрытия большей длины и удорожает строительство. Колонны желательно применять не железобетонные, а металлические (обычно это двутавровая балка) для облегчения монтажа.

3. Установка оборудования на виброопоры (защита от вибрации), позволяющие быстро переставлять оборудование. Установка на индивидуальный фундамент применяется только для станков, имеющих возвратно-поступательное движение (шлифовальные, строгальные станки и т. п.), а также для тяжелого или точного оборудования.

6. Производственная эстетика имеет большое значение для увеличения производительности труда. В нее входит:

1. Создание рациональных и удобных рабочих мест, их оформление.

2. Оформление сферы бытового обслуживания.

3. Удобная и элегантная одежда рабочих.

4. Рациональная освещенность рабочих мест.

5. Решение вопросов уборки помещений.

7. Под культурой производства понимается степень совершенства взаимосвязанных вопросов. Высокая культура производства позволяет повысить качество продукции и стабильно поддерживать его на высоком уровне.