CC BY
46
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
УДК 621.98
Эффективность проекта модернизации производства деталей из листа
А. Х. Тлибеков
Введение
Современные тенденции модернизации машиностроительного производства направлены на системную интеграцию комплексных технологических решений «под ключ». Новое оборудование должно правильно выбираться и адаптироваться под условия конкретного производства, а производственный персонал должен пройти обучение по эксплуатации и работе с информационным и программным обеспечением [1]. При этом должен соблюдаться «принцип оптимальности», в основе которого положены экономическое обоснование проектных решений, интенсификация и непрерывность технологических процессов [2].
Машиностроительные предприятия, у которых производство основано на неэффективных технологиях изготовления деталей из листа и устаревшем, изношенном оборудовании, вынуждены разрабатывать проекты его модернизации. При этом используются два подхода: бессистемная, или точечная, и системная модернизации.
Вариант точечной модернизации наиболее распространен. Он характеризуется решением проблем, которые сдерживают выпуск продукции в действующем производстве. Реализация такого проекта сводится к замене устаревшего или вышедшего из строя оборудования новым. Отсутствие комплексного технико-экономического анализа не позволяет разработать системное решение и приводит к низкой эффективности инвестиций. Кроме того, в результате такой модернизации возникают новые «узкие места», а в большинстве случаев не достигается качественного изменения технологии и увеличения производительности.
Системная модернизация основана на анализе существующего производства и стоящих перед ним задач, а также на знании технологических возможностей современного оборудования. Реализация проекта системной модернизации обеспечивает снижение себестоимости, повышение производительности и
качества продукции, значительную экономию затрат на производство. Инвестиции в модернизацию оптимальны и обоснованы.
В итоге точечная модернизация является дорогостоящим решением и, как правило, не позволяет решить стратегические задачи, стоящие перед предприятием. Проектный подход к модернизации требует относительно небольших первоначальных затрат на проектные работы, но его реализация обеспечивает решение стратегических задач предприятия и экономию инвестиционных затрат.
Инжиниринговая компания «Weber Engineering» в 2008 г. разработала и внедрила проект нового производства деталей из листа на ООО «Стройэнергосервис-Ковров» (г. Ковров, Владимирская обл.). В настоящее время на ОАО «Электромашина» (г. Челябинск) и ОАО «АЛНАС» (г. Альметьевск) компания выполняет комплексные проекты модернизации заготовительного, штамповочного, ме-ханообрабатывающего, гальванического, сварочного, сборочного и других производств.
Методика проектирования
Разработка проекта нового или модернизация существующего производства выполняются в шесть этапов.
П е р в ы й э т а п — создание базы конструкторских и технологических параметров деталей. Целями этого этапа являются анализ технологичности изготовления деталей и формирование исходных данных для нормирования операций.
Информацию о конструкторских параметрах содержит чертеж детали. Для каждой детали составляют таблицы конструкторских параметров, определяющих время обработки. Например, время лазерной резки зависит от толщины листа, из которого изготавливается деталь, его марки, периметра и количества внутренних контуров и периметра наружного контура детали. Время обработки листа на координатно-револьверном прессе определяет
количество инструмента и количество ударов, необходимых для изготовления детали, время свободной гибки — количество линий гибки и максимальная высота полки.
Технологические параметры на первом этапе проектирования — это эскизный проект методов изготовления детали. В таблицах конструкторских параметров приводятся все необходимые и альтернативные методы обработки: если одну и ту же деталь можно изготовить лазерной резкой, координатной пробивкой или штамповкой, то предварительно, с учетом заданной программы выпуска, массы и габаритных размеров детали, может быть предложен перспективный метод ее обработки.
На в т о р о м э т а п е проектирования с учетом конструкторских и технологических параметров для каждого технологического маршрута обработки производится выбор деталей-представителей. Группа деталей-представителей должна содержать все предельные (максимальные и минимальные) значения конструкторских параметров деталей, изготовление которых выполняется одинаковыми методами. На основании сформированных групп деталей-представителей уточняются технологические маршруты и выполняется предварительный выбор оборудования.
На т р е т ь е м э т а п е проектирования выполняется нормирование технологических процессов. Используя результаты хронометража или моделирования обработки в САМ-системах1, для деталей-представителей выполняют нормирование операций. Методом аппроксимации полученных норм времени как функции конструкторских и технологических параметров получают математические модели и рассчитывают основное, вспомогательное и подготовительно-заключительное время для каждой детали.
На ч е т в е р т о м э т а п е рассчитывают показатели, характеризующие эффективность использования оборудования в сложившихся производственных условиях:
годовая общая станкоемкость, станко-час
T = Х (t» + tri) п + мп + ко t0-,
i=1
годовая технологическая (расчетная) стан-коемкость, станко-час
Ттехн ^ (tоi + tni ) П '
1 Методики нормирования технологических процессов основаны на использовании систем автоматизированного проектирования, разработанных компаниями — производителями технологического оборудования, эксклюзивным представителем которых в России и странах СНГ является ООО «Weber Co Mechanics». Например, для моделирования обработки, разработки управляющей программы и нормирования операций на машинах для лазерного раскроя, координатно-револьверных прессах и прессах для свободной гибки листа используется САМ-система «Cadman», разработанная компанией LVD (Бельгия).
г=1
коэффициент потерь времени работы оборудования, вызванных его переналадкой в рабочие смены,
Кп = Мп/ Фоб;
коэффициент простоя оборудования при техническом обслуживании и ремонте в рабочие смены,
Ко = кг0/ фоб;
количество оборудования (детальный расчет)
С = т / Фоб;
коэффициент загрузки оборудования Кз = ТтеХн/(СФоб);
коэффициент использования оборудования
Ки = Т /(СФоб),
где п — номенклатура; — основное время на г-ю деталь; £вг — вспомогательное время на г-ю деталь; Пг — годовая программа производства каждой детали из закрепленной за оборудованием номенклатуры; кп — количество переналадок на программу; £п — время переналадки; ко — количество плановых об-служиваний и ремонтов оборудования в течение года; £о — время одного обслуживания; Фоб — эффективный годовой фонд времени единицы оборудования при принятой сменности работы; С — принятое количество оборудования (количество оборудования, полученное из детального расчета Ст и округленное до ближайшего большего целого значения).
Дополнительным показателем эффективности производства является его гибкость [3]. Различают следующие виды гибкости:
• гибкость применения относительно заданной номенклатуры обрабатываемых де-
ЙпЛООБШТКА
талей — способность обрабатывать в данный период любую деталь из закрепленных за оборудованием;
• гибкость приспосабливания относительно новой детали: 1) способность обработки новых деталей без значительных переналадок; 2) возможность изменения режимов обработки в процессе работы оборудования;
• гибкость технологического маршрута — способность изменения последовательности выполнения различных технологических операций;
• гибкость функционирования — способность обеспечения работы отдельного оборудования в составе технологического комплекса в результате межоперационного накопления деталей в транспортной системе;
• гибкость производства относительно объема выпуска — возможность изменения объемов выпуска каждой детали из закрепленной номенклатуры; численное значение гибкости производства заключено в интервале от 0 до 1 и рассчитывается по формуле
С =
Уп + Уо Т
С учетом гибкости производства рассчитываются оптимальные партии запуска деталей. Количество деталей в этих партиях должно обеспечивать ритмичность сборки изделий согласно производственной программе и минимально необходимое количество деталей, хранящихся в автоматизированной складской системе.
Окончательный выбор эффективного варианта технологии может быть только на основании анализа экономических показателей. Рассчитанные значения экономического эффекта, срока окупаемости, рентабельности целесообразно определять, когда однозначно сформирован состав и установленно количество оборудования. Предварительная оценка эффективности вариантов технологического процесса должна осуществляться на основе двух показателей: стоимости оборудования и затрат на его эксплуатацию.
Стоимость оборудования — величина непостоянная. Она определяется не только курсом валюты (в случае приобретения оборудования иностранных производителей), но и сроком реализации проекта. Длительный срок реализации проекта увеличивает стоимость оборудования в результате инфляции и обновления его моделей.
Затраты на эксплуатацию можно принять условно-постоянными если рассматривать
только заработную плату производственных рабочих, наладчиков и рабочих, занятых на обслуживании складов, заточке инструмента и др., а также стоимость электроэнергии для производственных нужд и стоимость ремонта основного оборудования, стоимость инструмента на производственную программу и амортизацию оборудования. Изменение амортизации, вызванное изменением стоимости оборудования на дату его закупки, не приведет к недопустимым погрешностям при выборе варианта технологии, если директивный срок окупаемости оборудования не менее 5 лет. Стоимость материалов для изготовления деталей целесообразно учитывать только тогда, когда варианты обработки значительно различаются по коэффициенту использования материала.
П я т ы й э т а п проектирования — разработка планировочных решений, ш е с т о й э т а п — определение экономических показателей проекта: экономического эффекта, расчетной окупаемости предложенных технологических решений, длительности производственного цикла, расчетного объема производства, удельного съема продукции с квадратного метра, среднегодовой выработки на одного работающего в добавленной стоимости и других показателей.
Рекомендации по выбору
эффективного варианта технологии
На основании опыта проектирования участков и цехов по изготовлению деталей из листа на различных машиностроительных предприятиях можно сформулировать некоторые рекомендации по выбору эффективного варианта технологии.
Детали с годовой программой до 10 тыс. шт., изготавливаемые из листов с максимальными размерами 1500 X 3000 мм и толщиной до 20 мм, производят резкой лазером с СО2-генератором лазерного луча мощностью до 4 кВт. Материалы листа — стали любых марок, бронза, алюминиевые сплавы. При резке деталей из неметаллических материалов, в особенности из текстолита, стеклотекстолита, гетинакса, выделяются вредные продукты горения, и для их удаления из рабочего пространства цеха машина для лазерной резки должна быть оснащена специальной системой вытяжки. Кроме того, детали из этих материалов после лазерной резки приобретают по контуру и в отверстиях выжженный слой глубиной до 2-2,5 мм, который, как правило,
не допускается техническими требованиями. Такие детали, толщиной до 6 мм, целесообразно изготавливать на координатно-револьвер-ном прессе. Максимальная годовая программа деталей, изготавливаемых на координатно-револьверном прессе, не должна превышать 200 тыс. шт. Детали с большей программой целесообразно изготавливать в штампах.
Детали с годовой программой до 30 тыс. шт. из листов с максимальными размерами 1600 X 2200 мм, толщиной до 4 мм из резины (пластины) и картона изготавливают резкой лазером с герметичным вакуумным столом мощностью до 0,2 кВт. Герметичный вакуумный стол обеспечивает надежное удаление продуктов горения и плотное прилегание листа к столу в процессе обработки.
При резке деталей из меди и бронзы в связи с высокой отражающей способностью этих металлов снижается срок службы линз и зеркал оптического тракта машины для лазерной резки. Кроме того, высокая теплопроводность меди и бронзы в ряде случаев не позволяет получить детали требуемого качества. Для их изготовления целесообразно использовать гидроабразивную резку. Годовая программа таких деталей не должна превышать 20 тыс. шт. Максимальные размеры листа 1550 X 3200 мм, толщина до 10 мм.
Штамповка деталей с годовой программой от 200 тыс., конструкция которых требует использования для их изготовления вырубных или комбинированных штампов последовательного действия из ленты, производится на листоштамповочных комплексах. Максимальная толщина 2,6 мм.
Детали, для изготовления которых требуются операции выдавливания, вырубки, вытяжки, гибки, зачистки, клеймения, надрез-ки, обрезки, отбортовки, правки, пробивки, просечки, разрезки, рельефной формовки и др., должны изготавливаться в штампах последовательного и совмещенного действия на кривошипных или гидравлических прессах.
Кроме изготовления полос на гильотинных ножницах целесообразно изготавливать детали прямоугольной формы. Точность установки заднего упора гильотинных ножниц при этом должна находиться в допуске ± 0,1 мм.
Максимальная программа деталей — 15 тыс. шт. в год.
Формоизменяющие операции листовой штамповки, такие как гибка и формовка больших радиусов (восьми и более толщин листа), выполняются на прессах для свободной гибки с использованием стандартного инструмента одного типоразмера. Годовая но-
менклатура деталей, закрепленная за одним прессом, не должна превышать 300 наименований, максимальная годовая программа детали — 10 тыс. шт.
Использование операций механической обработки, снятия заусенцев и сварки деталей из листа непосредственно после штамповки и резки значительно повышает эффективность производства. При этом достаточно выполнять только следующие операции механической обработки: снятие фасок на отверстиях и нарезание резьбы; фрезерование пазов на глубину, меньшую, чем толщина листа; точение по наружному диаметру и растачивание отверстий. В некоторых случаях нарезание резьбы может выполняться и на координат-но-револьверных прессах.
Автоматизированные склады должны использоваться для хранения межоперационных заделов и готовых деталей, уложенных в тару или на поддоне, а также для хранения штампов и инструмента для координат-но-револьверных прессов и прессов для свободной гибки.
Результаты проектирования и выводы
Результаты выполнения проектов показали, что методы изготовления деталей из листа определяют номенклатура и программа производства, а также количество марок обрабатываемых материалов. С увеличением номенклатуры возрастает стоимость проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта штампов, что значительно увеличивает себестоимость изделий.
Производство деталей из листа считается мелкосерийным, когда годовая программа деталей не превышает 5000 шт. В этих условиях возрастают количество переналадок оборудования и потери времени на переналадку. В условиях мелкосерийного штамповочного производства уменьшить число наладок можно изготовлением годовой программы выпуска деталей за одну наладку оборудования. Однако при этом значительно возрастают затраты на хранение деталей (обслуживание складов, автоматизация учета производственных заделов, транспортирование партий деталей от склада на другие операции технологического процесса и т. д.) и снижается оборачиваемость капиталовложений.
Другим недостатком мелкосерийного ли-стоштамповочного производства является нерациональное использование стойкости штампов. Средняя промежуточная стойкость вы-
Рис. Структура (%) методов обработки деталей из листа:
I — штамповка в штампах; II — штамповка на координатно-револьверных прессах; III — штамповка из лент; IV — гидроабразивная резка; V — резка лазером, зачистка и свободная гибка; VI — резка на гильотинных ножницах
рубного штампа (количество циклов между переточками) достигает 10 тыс. циклов, полная стойкость вырубного штампа — около 50 тыс. циклов. Изготовление в таких штампах небольшой годовой программы деталей не окупает затраты на его производство, а его хранение на складе целесообразно только в том случае, когда деталь, для изготовления которой он предназначен, будет изготавливаться и в последующие годы.
Таким образом, время переналадки оборудования для обработки листа в условиях мелкосерийного производства должно быть минимально возможным, а процессы обработки листа желательно реализовывать без использования штампов.
Себестоимость процессов обработки зависит от метода обработки, который назначается для изготовления детали из определенной марки материала. В условиях, когда обрабатывается большое количество марок материа-
лов, использование одного типа оборудования нерационально. Например, в процессе изготовления деталей из таких материалов, как текстолит, стеклотекстолит, медь и бронза, листы необходимо разрезать на полосы, из которых в штампах изготавливаются детали. Вместе с тем для обработки дорогостоящих материалов целесообразно использовать такое оборудование, которое обеспечивает увеличение коэффициента его использования, даже несмотря на значительное увеличение времени обработки. Номенклатура деталей, которая по старой технологии изготавливалась в штампах на кривошипных прессах, по новым технологиям может быть изготовлена с использованием шести различных видов оборудования (рис.). Большинство деталей изготавливается лазерной резкой V, а детали из меди и медных сплавов — гидроабразивной резкой IV. При необходимости для этой группы деталей выполняются зачистка поверхности и гибка на
прессах для свободной гибки. Детали из текстолита, стеклотекстолита, гетинакса или металлические детали, для которых кроме разделительных операций необходимо выполнить рельефную формовку и отрезку, нарезание резьбы, гравировку, могут быть изготовлены на координатно-револьверных прессах (II).
Таким образом, 49 % деталей по новой технологии изготавливаются без использования штампов, остальные — резкой листа на гильотинных ножницах VI и штамповкой на кривошипных прессах I или штамповкой из ленты III.
Литература
1. Григорьев С. Н. Тенденции и проблемы модернизации машиностроительного производства на базе отечественного станкостроения // Вестн. МГТУ «Станкин». 2010. № 3 (11). С. 7-13.
2. Ананьев А. А. Системная организация автоматизированного производства // Вестн. МГТУ «Станкин». 2010. № 2 (10). С. 45-48.
3. Тлибеков А. X. Расчет и проектирование средств автоматизации листовой штамповки для серийного производства деталей в приборостроении // Кузнечно-штамповочное производство. 1990. № 6. С. 23-27.
Приглашаем принять участие в XVI международном форуме «Российский промышленник»
с 25 по 28 сентября 2012 года в Санкт-Петербурге
Форум проводится в выставочном комплексе «Ленэкспо» ежегодно с 1997 года и является ведущим конгрессно-выставочным мероприятием Санкт-Петербурга, крупнейшей площадкой для обмена опытом, демонстрации достижений промышленных компаний России и зарубежных стран, а также обсуждения актуальных проблем развития промышленного потенциала. Форум предоставляет площадку для демонстрации новейших разработок и способствует их продвижению на международные и региональные рынки сбыта.
Официальную поддержку Форуму оказывают: Министерство промышленности и торговли РФ, полномочный представитель президента РФ в Северо-Западном федеральном округе, Российский Союз промышленников и предпринимателей, Торгово-промышленная палата РФ, Правительство Санкт-Петербурга, Союз промышленников и предпринимателей Санкт-Петербурга, Российская ассоциация производителей станкоинструментальной продукции «Станкоинструмент».
Совместно с XVI Международном форумом «Российский промышленник» будет проходить V Петербургский международный инновационный форум. Единая выставочная экспозиция будет организована по кластерно-отраслевому принципу.
Специализированные выставки Форума-2012:
• «Промэкспо»: промышленный потенциал регионов России и ближнего зарубежья; стандартизация и сертификация продукции машиностроения; технологии промышленной безопасности, охрана труда, экотехника; машиностроение для пищевой и легкой промышленности, промышленное холодильное оборудование; технологии производства, обработка и доводки промышленного стекла; ремонт и модернизация оборудования; инвестиционные и инновационные проекты; финансовые, лизинговые, страховые, консалтинговые и юридические услуги; профильное высшее и специальное образование;
• «Техноэкспо»: гидравлика, пневматика, приводная, воздушно-компрессорная и вакуумная техника;
• «Машиностроение. Станки. Металлообработка»: высокопроизводительное оборудование для технического оснащения предприятий (металлорежущее, формообразующее и др.), системы автоматизированного проектирования и автоматизации производственных процессов;
• «Лазерное оборудование и технологии»: лазерные инновационно-технологические центры в РФ и за рубежом, лазерные технологии и оборудование, подготовка кадров;
• «Инструмент и техоснастка»: инструмент, технологическая оснастка, штамповочное оборудование и пресс-формы, метрология, контрольно-измерительная техника, испытательные приборы, материалы и оборудование для изготовления и восстановления и хранения инструмента, его сертификация и стандартизация;
• «Радиоэлектроника и приборостроение»: промышленная и встраиваемая электроника, промышленная светотехника, подукция радиоэлектронных и приборостроительных предприятий, электронные компоненты, материалы и комплектующие, технологии производства печатных плат и электронных модулей, информационные технологии, связь и средства коммуникации,федеральные целевые программы в области применения радиоэлектронных, информационных и телекоммуникационных технологий;
• «Субконтрактинг»: услуги по изготовлению комплектующих узлов и деталей, выполнению технологических операций и процессов, техническому обслуживанию предприятий, в области инжиниринга и консалтинга, инфраструктуры промышленной кооперации;
• «Автомаш»: производители автокомпонентов; подъемно-транспортные машины и механизмы, средства механизации и автоматизации погрузо-разгрузочных и складских работ;
• «Мехатроника и робототехника»: робототехника в промышленности, на транспорте, в строительстве, медицине, социальной сфере и в быту; роботы для экстремальных условий; космические технологии; компоненты средств робототехники и мехатронные модули.
В рамках деловой программы Форума состоятся конференции и семинары. Запланированы конкурсы профессионального мастерства, День молодого рабочего, показательные выступления по робототехнике (разработки лицеев, колледжей и университетов Санкт-Петербурга и других городов).
Все дни на Форуме будут работать:
— презентационная площадка новейших образцов продукции, материалов и технологий;
— Биржа деловых контактов — площадка бизнес-общения представителей предприятий и организаций, представителей органов исполнительной и законодательной власти, инвестиционных и инновационных компаний;
— Биржа технологий — интерактивная технологическая коммуникационная система, дающая возможность разработчикам и поставщикам инноваций представить свои прогрессивные разработки — технологии, опытно-промышленные и лабораторные образцы, услуги;
— Биржа субконтрактов — серия подготовленных переговоров «заказчик—поставщик» с использованием ресурса электронной системы мониторинга ключевых технологических компетенций; участвуя в работе Биржи, заказчик получает возможность выбрать лучшие предложения и квалифицированного поставщика — субконтрактора с учетом собственных требований (цена-качество, сроки, ритмичность поставки); а поставщик — установить новые кооперационные связи, получить выгодные заказы для дозагрузки производства.
Организатор: ЗАО «Экспофорум».
Тел.: +7 (812) 325-67-78, +7 (812) 325-67-79, +7 (812) 240-40-40 (доб. 150, 158). E-mail: [email protected], [email protected]. Сайт: http://promexpo.Lenexpo.ru
