CC BY
145
УДК 621.9
С. С. АНИЩЕНКО А. Ю. ПОПОВ
Омский государственный технический университет
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ______________________________________
Представлена новая концепция, в основе которой содержится следующий принцип: выполнение «черновых» операций осуществляется на старых станках, а «чистовых» — на новом, покупном оборудовании. Доказано, что при таком методе новые станки сохраняют высокую точность обработки значительно дольше. Произведен расчет экономического эффекта при помощи станко-часа.
Ключевые слова: станко-час, современное оборудование, экономический эффект, трудоемкость.
Эффективность производственного процесса во многом определяется рациональным составом оборудования. В настоящее время в производстве имеются:
1) универсальные станки (16К20,1К62 — токарные, 6 Н81 — фрезерный и тд.) и устаревшие программные (СТП, МС-032 и др). На них выполняются операции с большими допусками. Для этих станков характерны низкая производительность, использование дешевого инструмента, универсальных приспособлений;
2) современное оборудование, приобретенное за последние годы.
Новейшие станки рассчитаны на срок эксплуатации 4 — 5 лет. За этот промежуток времени они теряют свою точность, и их обычно продают фирме-изготовителю за половину стоимости для капитального ремонта и последующей продажи на рынке. Предприятие покупает новый станок, и цикл повторяется [1].
В 60 — 80 годы выпускались крупногабаритные, жесткие станки, на которых можно было обрабатывать самые разнообразные детали (от элементарных втулок до сложнейших корпусных деталей или фланцев большого диапазона размеров). В настоящее время за образец в оснащении производства обычно принимают ведущие европейские предприятия. Начато приобретение новейшего оборудования, для которого характерны высокая производительность и точность обработки. Используются дорогостоящее программное обеспечение, инструмент и оснастка.
В качестве нового оборудования часто предлагают станки, которые демонстрировались на технических выставках. Там оно работает на пределе своих возможностей для максимального визуального эффекта, без учета экономической целесообразности при обработке деталей. Это вызывает иллюзию возможности постоянного использования станков на предельных режимах работы в производстве. На таких станках перед продажей часто заменяются основные узлы, поэтому станки после выставки и восстановительного ремонта можно отнести к б/у [2].
В настоящее время закупка станков для предприятий осуществляется за счет средств, выделяемых по государственным программам. Вызывает сомнение, что за 4 года предприятия смогут выйти
на режим самоокупаемости, с возможностью приобретения оборудования за собственные средства. При нормальном развитии производства на это уйдет 6 — 8 лет. И задача состоит в том, чтобы за это время сохранить точность дорогостоящего оборудования.
Анализ литературы и производственного опыта показывает, что каждые 4 — 5 лет в производстве запускаются новые изделия, у которых допуски ужесточаются в 1,5 — 2 раза и через 3 — 4 года станки будут работать на пределе точности. Это ещё один фактор, не позволяющий допустить существенного снижения точности оборудования [3].
Одной из причин варварского использования новейшего оборудования является оценка экономических показателей производства только по трудоемкости, т.е. зарплате и стремлении загрузить их в три смены любой работой. Комплексную оценку экономической целесообразности принимаемых решений необходимо провести по стоимости станко-часа, в котором учитывается реальная, а не директивная амортизация, включая потерю стойкости. Это позволит определить экономическую целесообразность применения нового оборудования.
Целью представленного исследования является разработка методики определения стоимости станко-часа с учетом потери точности оборудования.
Предлагается иная концепция эксплуатации оборудования, которая заключается в том, что основной (до 80 — 90 %) припуск необходимо удалять на универсальных или устаревших станках с ЧПУ, а чистовые операции выполнять на новых программных станках, с целью сохранения их точности.
Разработка методики расчета станко-часа с учетом потери точности оборудования. Рассматривается на примере токарного станка с ЧПУ Max Muller MDW-20 (рис. 1).
Исходные данные:
— запуск станка состоялся в 1982 году;
— точность при запуске (паспортная) = 0,006 мм;
— точность станка в настоящее время = 0,016 мм;
— срок службы станка составляет 12 лет (1982
— 1990 гг. и 2008 — 2012 гг.), так как в период 1990 — 2007 годы полноценной загрузки оборудования не было.
Расчетная часть.
1. Расчет изменение точности станка за весь срок эксплуатации:
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
138
0,016 — 0,006 = 0,01 мм.
В работе износ станка принимается равномерным.
2. Расчет изменения точности станка в год:
0,01/12= 0,00083 мм.
3. Расчет процентного соотношения металла, обрабатываемого на МБШ-20 (за квартал).
Расчетные данные взяты из нарядов механо-сбо-рочного цеха (за квартал) (рис. 2).
4. Определение трудоемкости работ в течение месяца на станке МБШ-20.
Расчетные данные взяты из нарядов механо-сбо-рочного цеха (за квартал) (рис. 3).
Расчет среднемесячной трудоемкости:
Тс=(475,7 + 377,3 + 305)/3 = 386 н.ч./мес.
309 н.ч./мес. выполняется работа 4-м разрядом (80 % от общей трудоемкости).
77 н.ч./мес. выполняется работа 5-м разрядом (20 % от общей трудоемкости).
5. Расчет станко-часа работы станка [4].
Ст. ч =(А+(ЗпхНр))х1,1;
где А — амортизация станка в час,
Зп — заработная плата рабочих,
Нр — накладные расходы. Приняты в размере 3,5, или 350 %.
Расчет накладных расходов (указаны реальные данные, взятые в ведомостях БТЗ механо-сбороч-ного цеха) (табл. 1).
Расчет среднего коэффициента цеховых расходов за квартал:
Цр = (2,582 + 5,022 + 2,86)/3 = 3,5;
1,1 — коэффициент принятый 10 % от общего количества на все несущественные факторы (электроэнергия, площадь занимаемого станка и тд).
Расчет станко-часа МОШ-20:
А=0 руб.
Расчет месячной Зп:
Зп = (68рх309) + (75рх77,2) = 26 802 рубля;
Расчет часовой Зп:
26 802/22 дня х 8 часов = 152,3 рубля в час.
Ст. ч МБШ 20 = (0+ (152,3х3,5))х1,1 = 586 руб.
6. Изменение точности станка от объема выполненных работ.
□ АМг6(24,70%)
□ 07х16н6(23,40%)
□ 12х18н9(15,30%)
□ 06х15н6(10,40%)
□ 03х11н10(6,47%)
□ ВТ-3(5,53%)
□ ОТ-4(4,73%)
□ 08х18(3,70%)
□ 30хгса(1,97%)
□ 15х18(1,97%)
□ 14х17(1,97%)
Рис. 2. Диаграмма процентного соотношения металла, обрабатываемого на МО"- 20 за квартал
500т 1 ГЬ п
1 2 3
□ 4разряд 42 23 26
□ 5разряд 56 13 37
□4разряд □ 5разряд
Рис. 3. Трудоемкость работ, выполняемых на станке М0"-20 за квартал
Принимается, что при номинальной точности станка равной 0,016 мм выдерживать диапазон высокоточных операций (в работе принимается до 0,02 мм) станок не может [5].
В связи с этим рассматриваются два варианта:
Вариант 1.
Продается станок МБШ-20 (стоимость станка оценивается в 250 000 рублей). Приобретается новый станок марки БМС на сумму 20 000 000 рублей (рис. 4) [6].
Новый станок будет выполнять тот же объем работ, что и МБШ-20.
7. Расчет стоимости потери 1 мкм точности.
При стоимости станка 20 000 000 рублей на основании производственного опыта принимается, что он теряет высокую точность в течении 5 лет. Высокая точность — это 0,02 мм.
Потеря точности — равномерная.
Паспортная точность станка составляет 0,006 мм.
8. Расчет потери точности станка за пять лет.
0,02 — 0,006 = 0,014 мм.
Накладные расходы
1-й месяц 2-й месяц 3-й месяц
Заработная плата = 2972408 руб. Заработная плата = 2472248 руб. Заработная плата =2772413 руб.
Накладные расходы = 7674438 руб. Накладные расходы = 12416352 руб. Накладные расходы = 7927160 руб.
Накладные расходы от заработной платы =2,582 Накладные расходы от заработной платы = 5,022 Накладные расходы от заработной платы =2,86
Рис. 4. Станок DMG
Потеря точности станка в год составляет: 0,014/5 = 0,003мм.
9. Расчет годовой потери точности станка в рублях.
20 000 000/5 = 4 000 000 руб.
Изменение точности на 0,003 мм соответствует 4 000 000 рублей. Изменение точности станка на 1 мкм равняется 1 330 000 рублей.
10. Расчет стоимости станко-часа станка DMG:
Ст.ч = (863 + (142х3,5))1х10% = 1 496 рублей,
где 4 000 000/4 632 = 863 рубля — амортизация станка в час;
4000000 — годовая амортизация;
4 632 — годовая трудоемкость;
25 000/22х8= 142 рубля в час;
22 — количество рабочих дней в месяц;
8 — количество рабочих часов в смену;
25 000 — месячная заработная плата оператора.
Итого: потеря точности станка на 1 мкм составляет 1 330 000 рублей.
Стоимость станко-часа — 1 496 рублей.
Вариант 2.
В цехе имеется новый станок БМС, купленный в 2012 году. Предлагается выполнять на нем высокоточные операции и операции с малым съемом металла, а на МБШ-20 — черновые операции либо чистовые с большими допусками.
Принимается, что трудоемкость работ на станках БМС и МБШ-20 будет одинаковой 386 н.ч в месяц. Стоимость станко-часа БМС составляет 1 496 рублей.
11. Расчет процентного соотношения припуска. 80 % — черновые операции на МБШ-20;
20 % — чистовые операции. х= (20 %х80)/100 % = 16;
16 % + 20 % = 36 %, принимается равным 40 % Соотношение припусков составляет 60/40= 1,5. По самым грубым расчетам чистовой припуск составляет 20 % от чернового. 20 % деталей идет только с чистовым припуском (минимальный припуск, который можно считать чистовым). Учитывая, что во втором варианте до 60 % припуска(чернового) снимается на станке МБШ-20, а 40 % — на БМС, можно прогнозировать, что работоспособность и
точность станка БМС увеличится в 1,5 раза и составит 7 — 8 лет.
12. Расчет экономической эффективности [7].
Месячная трудоемкость изготовления деталей для станков МБШ-20 и БМС составляет 386 н.ч.
Вариант 1. Станок БМС выполняет весь объем работ.
Ээ1 =386х1496 = 577 456 р.
331 — экономическая эффективность для варианта 1.
Вариант 2. Рассчитывается для того же объема работ (386 н.ч, но с учетом разделения операций на чистовые и черновые).
Ээ2 =(386х40 %х 1496) + (386х60 %х586) = 366 700 р.
332 — экономическая эффективность для варианта 2.
Q —экономическая выгода.
й = Ээ 1 — Ээ2 = 577 456-366 700 = 210 756 р. (Месячная прибыль от использования производственного оборудования по варианту 2.)
Вывод.
Технологический процесс целесообразно составлять по разработанной методике для минимизации затрат на производство и сокращения себестоимости изделий. В цехе, где проводились исследования, соотношение объемов обработки МБШ-20 и БМС составило 60 %/40 %. Разделение операций не вызывает технологических проблем. В случае, если разделение операций приводит к неполной загрузке станка БМС, целесообразно восстановить или приобрести дополнительное «черновое» оборудование для загрузки современного станка только свойственными для него операциями, что позволит минимизировать затраты на износ оборудования.
Библиографический список
1. Проверка геометрической точности станка [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.tops100.ru/stanki/ proverka-geometricheskojj-tochnosti-stanka/ (дата обращения:
11.03.2013).
2. DMG | technologies for tomorrow [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://dmg.com/ru (дата обращения: 01.03.2013).
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
3. Новейшие станки [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.1akz.ru/news/2011-07-29-3 (дата обращения:
01.03.2013).
4. Расчет станко-часа [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://compass-r.ru/st-2-05-14.htm (дата обращения:
10.03.2013).
5. Нормирование геометрической точности станков [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.osipyun.ru/ Norms-of-accuracy-in-mechanical-engineering/Rationing-of-geometrical-accuracy-of-machine-tools/index.html (дата обращения: 21.03.2013).
6. Каталог продукции БМв [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://itmstanki.com/index.pl?act = BRANDS& brand = DMG (дата обращения: 01.04.2013).
7. Экономический эффект [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://budgeted.narod.ru/ (дата обращения:
21.03.2013).
АНИЩЕНКО Станислав Сергеевич, магистрант гр. ТМ-611, старший мастер ПО «ПОЛЕТ».
Адрес для переписки: [email protected] ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Машины, станки и интрументы».
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 02.04.2013 г.
© С. С. Анищенко, А. Ю. Попов
УДК 62-9322 Д. Л. ВАВЕЛЬ
Н. А. ШЕВЕЛЕВ
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ
В статье рассматривается натурное (физическое) и математическое моделирование процесса непрерывного литья в мини-установке разливки драгоценных металлов, переоборудованной для литья стали и ее сплавов. Определен ряд характеристик процесса, таких как оптимальные скорости литья и начальная температура плавления сплавов. Для расчетов использован пакет прикладных программ (ППП) «Полигон».
Ключевые слова: непрерывное литье, отливка, кокиль, изложница.
Работа выполнена в рамках постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2012 г. № 218, договор № 02.625.31.0068.
В современной металлургии большинство сплавов разливают методом непрерывного литья. Метод получил большое распространение по следующим причинам:
— на выходе получаются заготовки с большой степенью химической однородности по длине и поперечному сечению, что обеспечивает стабильные механические свойства и повышает надёжность работы металлоизделий;
— отливки получаются плотными, так как высокий градиент температур по сечению отливки внутри кристаллизатора и постоянное пополнение расплава в его полости создают предпосылки для направленного затвердевания и непрерывного питания отливки;
— при рассматриваемом процессе получается малое количество обрези;
— при необходимости можно получать заготовки неограниченной длины;
— процесс непрерывного литья позволяет снизить затраты электроэнергии.
Однако, как и любому технологическому процессу, непрерывной разливке присущи недостатки:
— непрерывное литье не позволяет получать отливки сложной пространственной геометрии;
— непрерывное литье не позволяет провести разливку сталей некоторых марок, например, кипящих.
Кроме того, описать процесс непрерывной разливки сплавов математически сложно ввиду того, что
дифференциальные уравнения и краевые условия, описывающие непрерывную разливку, нелинейные. Следовательно, для выполнения расчетов и численного анализа процесса необходимо привлечение специализированных пакетов прикладных программ ППП [1].
В настоящее время существует ряд ППП, позволяющих моделировать процесс непрерывного литья. Но для получения качественных отливок необходимо комплексно подходить к решению данного вопроса. Недостаточно просто построить математическую модель и выполнить численное моделирование. Требуется подобрать такие параметры мини-установки и процесса разливки, чтобы получить максимальную выходную эффективность. На первом этапе моделирования это можно выполнить простым варьированием параметров. Затем в дальнейшем сформулировать задачу оптимизации процесса разливки. С этими задачами, как показывает анализ существующей научно-технической литературы, связан вопрос прочности конструктивных элементов установки для отливки тугоплавких металлов, который изучен недостаточно.
Таким образом, учитывая приведенные выше замечания, можно сформулировать научную и практическую цель работы. В научной части, на наш взгляд, интересно сопоставить возможности различных ППП, с помощью которых адаптировать к процессу
