Трухин В.В. Проектирование гибких производственных систем

Подождите немного. Документ загружается.

В число основных факторов, составляющих технологический про-

цесс, входит время, потребное на обработку детали.

Техническая норма времени, определяющая затрату времени на

обработку (сборку) и другие работы, служит основой для оплаты рабо-

ты, калькуляции себестоимости детали и изделия, расчета необходимо-

го количества станков и рабочих, определения производственной мощ-

ности цехов (участков), планирования производства.

Трудоемкость (станкоемкость) (

ст

t ) механической обработки

представляет собой сумму затрат станочных работ, необходимых для

изготовления детали или всей машины, и выражается обычно в станко-

часах.

Норма времени на операции в общем виде определяется по сле-

дующим формулам:

- для единичного и мелкосерийного производств

допвспосн

пз

шк

TTT

T  ; (20)

- для крупносерийного и массового производств

допвспоснш

TTTT





, (21)

где

шк

T – штучно-калькуляционное время;

T – штучное время;

пз

T –

подготовительно-заключительное время;

– количество деталей в опе-

рации;

осн

T – основное время;

всп

T – вспомогательное время на опера-

цию.

Трудоемкость (

) – затраты труда рабочего для выполнения дан-

ной операции (всех операций) при изготовлении изделия (физический

труд плюс наблюдение за процессом плюс неизбежные простои), чел.-ч.

Тогда коэффициент многостаночного обслуживания определяется

ст

 , (22)

где

ст

– станкоемкость обработки детали, станко-ч;

– трудоемкость,

чел.-ч.

3.5. Расчет количества технологического оборудования

Метод определения потребного количества станков для серийного

производства применим и для единичного производства:



 , (23)

где



– суммарное нормированное время, необходимое для обработ-

ки на станках данного типа годового количества деталей, ч;

– дейст-

вительный годовой фонд времени работы одного станка при работе в

одну смену;

– число смен работы станка в сутки.

Суммарное нормированное время



подсчитывается на основе

штучно-калькуляционного времени и подетальной годовой программы

механического участка, включая запасные части для выпускаемой про-

дукции.

шк





, (24)

шк

t – штучно-калькуляционное время для обработки одной детали на

станках данного типоразмера (мин);

– количество одноименных де-

талей, обрабатываемых в год на станках данного типоразмера.







. (25)

Расчетное количество по приведенным выше формулам может по-

лучиться дробным, в этом случае его округляют до целого числа, кото-

рое называется принятым количеством станков –

пр

Загруженность станков по времени определяется коэффициентом

загрузки.

Коэффициентом загрузки станка

η называется относительная ве-

личина, используется для определения, насколько данный станок занят

при выполнении работы:

прg

пр

mSF





. (26)

Для серийного производства среднее значение коэффициента за-

грузки станков составляет не менее – 0,85.

Коэффициент использования станка по основному времени

равный отношению основного времени к штучно-калькуляционному

определяется по формуле

шк

 , (27)

где

T – основное время, мин;

шк

– штучно-калькуляционное, мин.

Количество станков для поточного производства определяется ис-

ходя из времени, необходимого для выполнения определенных опера-

ций, и такта выпуска с линии готовых деталей.

При этих видах производства необходимо достичь синхронизации

операций в соответствии с принятым тактом для создания непрерывно-

го потока.

шт

C  , (28)

где

шт

– штучное время выполнения операции, мин;

τ – такт выпуска

деталей с поточной линии.

Величина такта при поточном производстве определяется по фор-

муле



. (29)

При поточно-переменном производстве

NNN







, (30)

где

1 2

N N N

  



– годовая программа изготовления различных де-

талей, шт.

3.6. Определение состава и числа работающих

В общее количество работников механического цеха входят:

1) производственные рабочие;

2) вспомогательные рабочие;

3) инженерно-технические работники (ИТР);

4) счетно-конторский персонал (СКП);

5) младший обслуживающий персонал (МОП).

Расчет количества работающих в цехе начинают с определения

числа производственных рабочих на основе трудоемкости обработки

изготовления деталей.

Трудоемкость (t) – затраты труда рабочего для выполнения данной

операции при изготовлении деталей (физический труд + наблюдения за

процессом + неизбежные простои), чел.-ч.

Для универсального оборудования обычно



, где

– станко-

емкость, станко-ч.

Для автоматизированного производства возможно



Для единичного и серийного производства определение производ-

ственных рабочих-станочников по виду работ может производиться

двумя способами:

1) по общему нормировочному времени, потребному на изготов-

ление количества изделий;

2) по заданному количеству станков.

По общему нормировочному времени количество рабочих-

станочников определяется на основе штучно-калькуляционного време-

ни на каждую операцию:

мдр

КF

ДТ







, (31)

где



– суммарное нормировочное штучно-калькуляционное время,

необходимое для обработки на станках данного типа годового количе-

ства деталей, ч;

др

– действительное количество часов работы рабоче-

го в год, ч;

– количество станков, на которых может одновременно

работать один рабочий (коэффициент многостаночности);

– штучно-калькуляционное время на обработку одной детали, мин;

– количество одноименных деталей, обрабатываемых в год на стан-

ках данного типа размера.

По заданному количеству станков количество рабочих-

станочников определяют исходя из заданного или принятого количест-

ва станков

пр

, используя формулу (26):

прg

mSF





ηmSFT

прgК





подставляя в формулу (31), получаем:

мдр

прg

КF

ηmSF

 . (32)

Для автоматизированного производства (ГАП) число операторов-

наладчиков рассчитывают по формулам обслуживания в зависимости

от числа ГПМ в их составе. Один оператор-наладчик обслуживает сле-

дующее число ГПМ:

 токарных – 3–4;

 карусельных – 2;

 сверлильно-фрезерно-расточных – 2–3;

 шлифовальных – 3–4;

 зубообрабатывающих – 3–4;

 электро-физико-химических – 3–4;

 сборочных – 2–3.

Меньшие значения даны при пяти ГПМ в составе ГАП, большие –

при ГПМ более пяти.

В серийном производстве количество вспомогательных рабочих в

цехе составляет – 18–25 % от количества производственных рабочих, в

массовом – 35–50 %, ИТР – 11–13 % от общего количества рабочих,

СКП – 4–5 %, МОП – 2–3 %.

3.7. Компоновочно-планировочные решения

3.7.1. Выбор компоновочной схемы

После синтеза структуры цеха необходимо решить вопрос о вза-

имном расположении участков и отделений, то есть определить компо-

новочную схему цеха.

Компоновка цеха – план взаимного расположения производствен-

ных участков, вспомогательных отделений, магистральных проездов,

проходов, основных транспортных решений. В качестве исходных дан-

ных для разработки компоновочного плана используют состав участ-

ков, отделений и служб цехов, данные об их площадях, выбранную ра-

нее компоновочную схему, определяющие общую последовательность

производственного процесса, а также основные параметры и общую

компоновку здания.

Основные принципы:

 обеспечение прямоточности производственного процесса;

 компактность, то есть использование минимальной производст-

венной площади;

 использование наиболее экономичных прогрессивных видов

транспорта;

 минимизация транспортных операций для перемещения изде-

лий в процессе их производства;

 совместимость технологических процессов, выполняемых на

смежных участках;

 возможность последующего расширения производства и пере-

планировки оборудования, связанных с изменением или внедрением

новых ТП.

Рассмотрим примеры компоновочных схем механосборочных це-

хов. На рис. 3 приведены компоновочные планы механосборочного це-

ха в условиях крупносерийного и массового производства.

Участок узловой сборки расположен в конце поточных линий ме-

ханообработки. Главный конвейер определяет взаимное расположение

линий механообработки. Принцип – обеспечение минимальных грузо-

потоков, то есть сборочные узлы с узловой сборки в соответствии со

схемой сборки поступают на соответствующий участок главного кон-

вейера.

Общая сборка Узловая сборка

Узловая сборка

Общая

Механообработка

Механообработка сборка

а б

Рис. 3. Компоновочный план механосборочного цеха:

а – в условиях крупносерийного производства; б – в условиях

серийного производства

В серийном производстве основным транспортным средством яв-

ляются мостовые краны. Сборочное производство располагается в про-

летах, перпендикулярных к пролетам механических участков.

Взаимное расположение участков механообработки зависит от на-

личия тяжелых базовых деталей. Пролет механообработки корпусных

деталей располагается ближе к сборке.

3.7.2. Компоновка ГАП

Компоновочные решения ГАП зависят от компоновочных схем

АТСС. Наибольшее распространение получили схемы:

а) консольный робот;

б) портальный робот;

в) роликовый конвейер;

г) рельсовая тележка;

д) индуктивная тележка;

е) кран-штабелер в составе склада.

Выбирая вариант компоновки ГПС, следует стремиться к миними-

зации грузопотоков, прямоточности движения деталей при обработке,

отсутствию возвратных потоков, минимизации перемещений транс-

портных средств.

Оценка и выбор наиболее предпочтительного варианта компонов-

ки ГПС являются многофункциональными задачами, для решения ко-

торых используют методику имитационного моделирования. При этом

должно учитываться рациональное использование площадей, гибкость

производственной системы, объемы грузооборота материалов и дета-

лей, применение многостаночного обслуживания, оперативность рабо-

ты системы, удобство монтажа сборки и ремонта оборудования, соблю-

дение правил охраны труда и производственной санитарии.

Консольный робот является распространенным способом транс-

портировки деталей. При этом транспортные линии представляют со-

бой полную окружность или дугу. Оборудование размещается по ок-

ружности.

Очевидно, подобные компоновочные решения позволяют ком-

пактно разместить станки на производственной площади, имеют малые

капитальные вложения, но обладают и определенными недостатками:

стесненность компоновки, ограничено число обслуживаемых станков,

малая грузоподъемность, необходимость согласования циклов обработ-

ки для ликвидации простоев.

Рис. 4. Консольный робот:

1 – станки; 2 – рольганг; 3 – промышленный робот

Портальный робот. Гибкость транспортной системы в подобных

компоновочных решениях высокая, однако, расширение системы про-

блематично.

Рис. 5. Портальный робот:

1 – станки; 2 – рольганг; 3 – портальный робот типа "Пирин";

4 – стеллаж

Роликовый конвейер. Транспортные линии прямолинейные, часто

образуют замкнутые системы с поворотными столами в конце ветви.

Производительность конвейерных линий транспортной системы доста-

точно высока, как и надежность, однако гибкость значительно ниже,

чем у других видов транспорта.

Рис. 6. Роликовый конвейер:

1 – станки; 2 – загрузочный рольганг; 3 – роликовый конвейер

Рельсовая тележка. Трасса движения прямолинейна, участок об-

служивает одна тележка, нет возможности для обгонных путей. Обору-

дование располагается с одной или двух сторон. Применяется транс-

портная система достаточно широко, так как требует меньших капи-

тальных затрат, характеризуется большой грузоподъемностью, произ-

водительностью и надежностью. Часто сочетается с другими видами

транспорта.

Рис. 7. Рельсовая тележка:

1 – станки; 2 – рольганг загрузки; 3 – рельсовая тележка

СКЛАД

Индуктивная тележка. Использование этого вида транспорта

значительно расширяет число возможных вариантов компоновочных

решений ГАП. Индуктивная тележка позволяет делать повороты на 90,

180 на одном месте, радиусные повороты. На трассе возможно делать

обгоны, разъезды, возможна одновременная работа нескольких теле-

жек. Такие возможности транспорта практически не накладывают огра-

ничений на взаимное расположение станков и транспортных линий

ГАП. Транспортные системы ГАП при использовании индуктивных те-

лежек обладают высокой оперативной и долговременной гибкостью,

возможно наращивание системы. Однако высокая стоимость, слож-

ность системы управления, меньшая надежность функционирования

создают ограничения для применения компоновочного решения с ин-

дуктивными тележками.

Рис. 8. Индуктивная тележка:

1 – станки; 2 – загрузочный рольганг; 3 – индуктивная тележка;

4 – склад

Кран-штабелер в составе склада. Трасса движения транспорта

прямолинейная. Оборудование располагается с двух сторон от склада.

Складская система состоит из одного или двух стеллажей.

Компоновочное решение с краном-штабелером обладает высокой

производительностью, оперативностью и гибкостью. Возможно расши-

рение системы.