CC BY
6
УДК 65
Селиванов С.Г., д.т.н.
профессор Егорова Л.М. магистр Россия, г. Уфа
МЕТОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ «БЕРЕЖЛИВОГО» АВИАЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОСТАНОЧНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Аннотация
Определены методы проектирования и внедрения систем многостаночного обслуживания в рамках АСТПП «бережливого производства», показаны пути решения этих задач на участках станков с ЧПУ, мехатронных станков, модульных и многооперационных станков, робототехнических комплексов и производственно-технологических комплексов современного цифрового производства.
Ключевые слова: авиационное производство, многостаночное обслуживание, бережливое производство
prof., D.Sc. Selivanov S. G.
Master Egorova L.M.
Ufa
METHODS OF TECHNOLOGICAL PREPARATION OF THE "BREEZE" AVIATION PRODUCTION BASED ON THE USE OF MULTISTANDING SERVICE
Annotation
Methods for design and implementation of multi-stop maintenance systems within the framework of the ASTPP "lean manufacturing" are defined, ways of solving these problems are shown on the sections of CNC machine tools, mechatronic machines, modular and multi-operation machines, robotic complexes and production-technological complexes of modern digital production.
Keywords: aviation production, multi-stop service, lean production
Введение
В настоящее время большинство компаний, являющихся мировыми индустриальными лидерами, переосмысливают и пересматривают производственные и организационные структуры для организации выпуска конкурентоспособной продукции в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. В этом плане многие компании признали конкурентоспособной моделью реорганизации производства производственную систему на основе принципов «бережливого» производства (Lean Production), которая основана на
философии кайдзен (в японской транслитерации).
Аналитический обзор научной и производственно-технической литературы по проблеме показывает, что «бережливое» производство позволяет сократить затраты труда, времени и пространства с помощью специальных инструментов совершенствования производства. Американские специалисты, копирующие названную систему японских производственных методик для США и Европы, в дополнение к сказанному, акцент делают на том, что «бережливое» производство обеспечивает долговременную конкурентоспособность без существенных капиталовложений.
Принципы и инструменты «бережливого» производства для совершенствования производственных систем уже используют и реализуют многие ведущие предприятия: Toyota, Ford, Boeing, Airbus, Rolls-Royce, United Technologies, в т.ч. Pratt & Whitney, SAFRAN Group, GE, Scania, Alcoa, Xerox..., а в нашей стране: Камаз, Уралмаш, ОЗНА, Русал и другие. В авиадвигателестроении (ОАО «УМПО», ОАО «ПМЗ», ОАО «НПО «САТУРН») для совершенствования и реорганизации производства в целях выпуска конкурентоспособной продукции также приступили к освоению и использованию принципов и инструментов «бережливого» производства.
Таким образом, вопрос модернизации авиадвигателестроительного производства на основе внедрения методов «бережливого» производства для создания современного конкурентоспособного авиадвигателестроительного производства предельно актуален.
Целью данной публикации является теоретическое обобщение и разработка методов разработки трудосберегающих технологических процессов в рамках существующих автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП), которые в сочетании с разработкой энергосберегающих, материалосберегающих и фондосберегающих технологических процессов обеспечивают эффективное внедрение «бережливого производства» в авиадвигателестроении при проектировани участков из станков с ЧПУ, мехатронных, модульных и многооперационных станков, автоматических линий гальванопокрытий, гибких производственных модулей и робототехнических комплексов, в проектах «цифрового производства».
1. ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОСТАНОЧНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В АСТПП
Концепция «Бережливого производства» предусматривает использование различных методов оптимизации технологических (производственных) процессов, которые направлены в первую очередь на трудосбережение.
Проектирование с помощью АСТПП технологических процессов
(проектных, перспективных, директивных, стандартных, типовых, групповых, модульных, единичных, базовых, высоких, критических) увеличивает возможности производства по сокращению трудоёмкости изготовления изделий, обеспечивает подъем производительности труда. С увеличением уровня автоматизации технологических процессов (код 21 в маршрутной карте любого технологического процесса) прямо связано расширение возможностей многостаночного обслуживания, так как рабочий все больше высвобождается из непосредственного участия в выполнении технологических операций. Но часто за рабочим ещё сохраняются такие функции, как установка и снятие деталей со станков, активное наблюдение, включение, выключение оборудования и т.п. Такое положение приводит к потерям рабочего времени на внутриоперационные простои.
Для преодоления данного недостатка одним из наиболее эффективных путей разрешения этого противоречия в производстве может быть внедрение или расширение многостаночного обслуживания (МО), что позволяет увеличить выпуск продукции, снизить себестоимость, повысить коэффициент сменности, коэффициент штучного времени и коэффициент загрузки оборудования при неизменной или даже меньшей численности рабочих.
Многостаночным (многоагрегатным) обслуживанием называется обслуживание одним или группой рабочих нескольких станков (агрегатов), при котором машинно-автоматическое время работы одного станка используется для выполнения ручных (требующих присутствия рабочего) элементов смежных операции, а также всех или части функций обслуживания рабочих мест на других станках (агрегатах).
Для наглядного представления потока событий производственного процесса в соответствии с требованиями Единой системы технологической документации в АСТПП принято оформлять стандартные технико-нормировочные карты, на которых строятся циклограммы. Циклограмма многостаночного обслуживания - это геометрическое описание временных связей и длительности событий. За начало отсчета циклограммы принимается начало автоматизированного цикла, а звенья циклограммы представляют длительность работ, технологических и вспомогательных переходов операционных карт.
Если события несовместимы по времени, то их общая длительность изображается на циклограмме не перекрывающимися вдоль оси времени звеньями.
При построении циклограммы ведется более детальный, чем при нормировании, учет составляющих штучного времени, так как необходимо определить не только общие затраты времени, но и их место в последовательности работ и событий, чтобы установить расписание
обслуживания множества единиц автоматизированного технологического оборудования и маршруты движения операторов.
В рис.1 в качестве примера приведена циклограмма отдельного ГПМ. События, представляемые циклограммой, включают действия оборудования и оператора. Действия ГПМ и оператора расписаны по минутам. События, выделенные черным цветом, являются несовместимыми и происходят последовательно в строго определенные периоды цикла. События, выделенные серым цветом по отношению к последовательным событиям, являются совместимыми и могут смещаться в пределах одного или более циклов по усмотрению оператора. Эти события являются компенсирующим звеном графика работы оператора при многостаночном обслуживании. Наличие таких периодов позволяет оператору работать без значительного напряжения и самостоятельно выбирать удобный режим обслуживания. Опоздания оператора предотвращаются автоматической фиксацией его действий, а также автоматическими устройствами сигнализации и блокирования ГПМ по завершению контрольного числа циклов.
СОБЫТИЯ Минуты 1|2|Э|4|5|Б|7 8 ] Э |10|11|12|13|и|15|18|17|18|19|20|21 1 2 3 4 5 е
НормироЕ ание Трудоемкость Уровень автоматизации
Тмн Тмр Т«Р ТР Тпз
Движений ГПМ Рабочие 1
Вспомогательные 1 ■
Действия оператора Загрузка инструмента I 1 ■
Мастрсйка инструмента 1 ■
Загрузка заготовок 1
Выгрузи деталей 1 ■
Контроль деталей 1
Операционное 1 _
Сменное обслуживание 1 ■ ■
Запуск партии заготовок 1
Штучно • алькуляциониое время Ти.1 - = т Теоретический цикл
« Потенциальный цикл Тц
Рисунок 1 -Циклограмма ГПМ Приведенная циклограмма содержит показатели нормирования времени технологических операций. При этом показатели штучного времени приводятся к одному изделию делением времени потенциального цикла на число Щ обрабатываемых в нем изделий. Выполненная в виде электронной таблицы, циклограмма позволяет рассчитывать структурные составляющие штучного времени непосредственно по звеньям циклограммы, а также вести мониторинг и формировать текущие отчеты с привязкой затрат времени к конкретным периодам автоматизированного цикла.
2.МЕТОДЫ КОМПОНОВОЧНЫХ РАСЧЕТОВ ГРУПП
МНОГОСТАНОЧНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Система технологической подготовки авиационного производства (АСТПП) к внедрению многостаночного обслуживания представляет собой взаимосвязанный комплекс работ по созданию специализированных групп технологического оборудования или технологических комплексов автоматизированного (автоматического) оборудования. Каждый этап работ должен рассматриваться во взаимосвязи со следующими подсистемами производства:
- конструкторской подготовки производства; технико-экономического и оперативно-календарного планирования; материально-технического снабжения и сбыта; подготовки кадров;
- энергетического, ремонтного и инструментального обслуживания производства;
- капитального строительства, в том числе реконструкции, технического перевооружения или модернизации производства.
Важным фактором эффективной организации многостаночной работы является расчет и выбор рациональной планировки рабочего места многостаночника.
Расстановка оборудования и маршрут рабочего для обслуживания станков должны обеспечивать:
- свободный подход к каждому станку или агрегату;
- минимальное время на переходы рабочего от станка к станку (от агрегата к агрегату);
- прямую территориальную связь рабочей зоны с общими проходам и проездами, но без пересечения ими рабочей зоны;
- возможность свободного обзора всего обслуживаемого оборудования из любой точки маршрута рабочего.
На рис.2 показаны способы расположения оборудования и маршруты рабочего при многостаночном обслуживании.
и) к) л)
Рисунок 2 Варианты расстановки оборудования и маршрутов рабочих при
многостаночном обслуживании: а-угловое; б-параллельное; в- перпендикулярное; г -линейное; д-П-образное; е - кольцевое; ж - асимметричное; з - смешанное; и,к,л) -комбинированное
Размещение оборудования на рабочем месте многостаночника осуществляется с учетом следующих условий. При обработке крупногабаритных и тяжелых деталей станки рекомендуется располагать в непосредственной близости друг от друга, параллельно или под некоторым углом друг к другу (рис. 1.2 а, б). Если рабочий обслуживает три станка, их располагают в виде буквы П или треугольника (рис. 1.2, д, е). Планировка группы станков (п > 3) строится таким образом, чтобы обеспечить кольцевой маршрут движения рабочего (рис. 1.2, ж, з).
Таким образом, в современных условиях ускоренной технологической подготовки производства (АСТПП) возникает актуальная задача систематизации методов технологического проектирования (табл.1) на основе системного подхода к многостаночному обслуживанию. Это, в свою очередь, вызывает необходимость разработки новых методов технологического проектирования систем многостаночного обслуживания (СМО) и выявления закономерностей взаимосвязи многостаночного обслуживания (МО) и автоматизации технологических процессов, а также обоснования новых закономерностей для оптимизации проектной документации, например, технологических планировок оборудования (рис.3).
Таблица 1. Методы компоновочных расчетов групп многостаночного _обслуживания_
№
Методы расчета
Формула
Условные обозначения
1.
для участков с технологической формой специализации
Р = _
Ф М
д.р
Р -расчётное число производственных рабочих;
Т-трудоемкость (суммарное штучно-калькуляционное время ) годового выпуска; Фд.р- действительное (расчётное) годовое количество часов работы одного рабочего ; М-количество единиц оборудования, одновременно обслуживаемое одним рабочим (коэффициент многостаночного обслуживания)._
2.
для участков
группового
производства
Р. = \
60 Фд.р М
Ж - количество изделий, подлежащих выпуску за год, шт.; И,к - штучно-калькуляционное время обработки деталей на операции, мин.; Фд.р- действительное (расчётное) годовое количество часов работы одного рабочего ; М-количество единиц оборудования, одновременно обслуживаемое одним рабочим (коэффициент многостаночного обслуживания)_
3.
для участков поточного производства и автоматных участков
Р]=
8] Fд.о kзj Фд.р М
количество единиц типа по ведомости
8] - принятое оборудования (]) оборудования;
кзj- коэффициент загрузки рабочего места; ^д.о-годовой действительный фонд времени работы единицы оборудования ; Фд.р- действительное (расчётное) годовое количество часов работы одного рабочего ; М-количество единиц оборудования, одновременно обслуживаемое одним рабочим (коэффициент многостаночного обслуживания)_
Аналитическиеметод ы компоновки групп многостаночного обслуживания из автоматического и полуавтоматического оборудования
Аналитические:
- теории массового обслуживания;
- теории надежности;
- по формулам: М = 1/ (1(1)
,м
М = +1
(2)
М - норма многостаночного обслуживания ;
dт -показатель уровня механизации и автоматизации труда на операции ( отношение машинного автоматического времени, которое не перекрыто ручным, на операции к штучному времени); с - удельные потери времени в штучном на пер ех од между об оруд ов анием в группе многостаночного обслуживания; _- машинное не перекрытое_
Г -¿М1
"Теория и практика современной науки" № н2(30) 2017
4
ручным время на операции (программное время)
- ручное время на операции.
Номографические методы компоновки групп
многостаночного обслуживания
М - норма многостаночного обслуживания ;
dт -показатель уровня механизации и автоматизации труда на операции ( отношение машинного автоматического времени, которое не перекрыто ручным, на операции к штучному времени)
Циклограммы технико-нормировочных карт технологических операций (технологических процессов)
6
Экспериментальные данные по макетированию таких групп многостаночного обслуживания показывают, что чем больше коэффициент многостаночного обслуживания - Кмо или норма многостаночного обслуживания (М), тем меньшая удельная производственная площадь требуется для размещения автоматизированного технологического оборудования:
а
У
Здесь ауд - удельная производственная площадь в кв.м на единицу оборудования для автоматизированного оборудования, включенного в группК многостаночного обслуживания. Корреляционное отношение, которой характеризует данную эмпирическую зависимость, равно 0,76. о
"Теория и практика современной науки" №1 ^^С^О!? ЦЦВ^ЦЦ3)
Высвобождение производственных площадей в среднем на
- 8 - 12 % для двухстаночных и
- 10-18 % для трехстаночных групп
позволяет устанавливать в реконструируемых производствах дополнительное технологическое оборудование и наращивать тем самым производственную мощность в обеспечение роста объемов выпуска и постановки на производство новой продукции.
3.МЕТОДЫ КОМПОНОВОЧНЫХ РАСЧЕТОВ ГРУПП МНОГОСТАНОЧНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ
РОБОТАМИ
В случае проектирования роботизированных производственных участков, гибких производственных систем, технологических комплексов цифрового производства нередко возникают особенности компоновок систем многостаночного обслуживания ( рис.3 ), которые, также как и эмпирическая формула (3), нами были установлены в ходе выполнения инновационных проектов технического перевооружения механических цехов машиностроительных предприятий.
Для выполнения расчетов в проектах и учета таких особенностей, связанных с многостаночным обслуживанием, в данной публикации приведены новые зависимости (рис.5 и 6), которые позволяют выполнить структурную и параметрическую оптимизации систем многостаночного обслуживание в роботизируемом производстве.
Рисунок 3 - Компоновка линии гибкой производственной системы с двухстаночными ГПМ, РТК и многостаночным обслуживанием станков с ЧПУ
Рисунок 4 - Компоновочные схемы РТК и ГПМ при одно- и многостаночном обслуживании промышленными роботами оборудования с ЧПУ
Рисунок 5 - Метод определения оптимальной структуры РТК или ГПМ при внедрении многостаночного обслуживания
Рисунок 6 - Зависимость коэффициента сменности, стоимости и экономического эффекта от применения промышленных робото
Заключение
Установленные в данной публикации методы, новые регрессионные зависимости, проектные разработки, полученные в ходе выполнения инновационных проектов технического перевооружения производства, позволяют шире использовать многостаночное обслуживание для обеспечения трудосбережения в проектах «бережливого производства».
Использованные источники: 1. Инновационное проектирование цифрового производства в машиностроении /С.Г.Селиванов, А.Ф.Шайхулова, С.Н.Поезжалова, А.И.Яхин -М.: Инновационное машиностроение. 2016. -264с.
