CC BY
39
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЛИНИЙ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
OPTIMIZATION OF PARAMETERS AND STRUCTURE OF AUTOMATED LINES WOODWORKING INDUSTRIES
Рябков В.М, Рябков С.В, Пронкин А.А. (МГУЛ, г.Мытищи, РФ) Ryabkov V.M, Ryabkov S.V, Pronkin A.A. (The Moscow university of wood)
Сегодня большинство предприятий деревообработки работают непосредственно только по заказу мебельных, строительных и других отраслей промышленности. Это требует совершенствования технологии, оборудования, быстрого перехода на новые объемы производства и виды изделий, то есть возникает проблемы обеспечения гибкости и оптимизации структуры и параметров производство.
Today, most companies work woodworking directly order only the furniture, construction and other industries. This requires improving the technology, equipment, fast transition to new production and types of production, that is, there is the problem of flexibility and optimization of the structure and parameters of the production.
Ключевые слова: надежность, система, технические средства, методы идентификации
Keywords: splint, parameter, technical means, identification methods
При решении задач оптимизации параметров и структуры линий имеются рекомендации по изменению конструкции изделия для улучшения использования технических возможностей оборудования и материалов, а также по организации производства, в частности по объему партий заготовок, поступающих в обработку на каждом из технологических переделов, периодичности и очередности запуска партий заготовок в обработку [1].
В общем случае деревообрабатывающее производство можно представить в виде последовательно-параллельных цепочек элементов - станков, транспортных систем, линий, робототехнологических комплексов, постов контроля качества и количества, складов.
Последовательность элементов в цепочке формируется в зависимости от набора технологических переделов, требуемых для преобразования исходного материала в готовую продукцию. Эти цепочки, с одной стороны, являются детерминированными, т.к. определяются видом исходного материала и конечного продукта, с другой - в отдельных звеньях возможен выбор из некоторого набора однородных элементов, не исключается и изменение последовательности элементов в цепочке.
Параллельное расположение элементов в цепочке (по всему производству или на отдельных участках) возникает при использовании специализированного оборудования ( как по виду сырья и материалов, так и по техническим характеристикам) и оборудования, производительность которого меньше интенсивности материалопотока.
Синтез исходных цепочек - выбор схемы и состава цепочки в зависимости от функционального назначения элементов является прерогативой иссле-
дователя. Выбор же параметров и состава оборудования для заданных условий производства выполняется на ЭВМ.
В качестве критерия оптимизации приняты приведенные затраты на единицу продукции. Кроме того, для каждого исследуемого варианта должны быть определены капитальные затраты или стоимость оборудования, производственная площадь, норма расхода материала, инструмента, энергии в зависимости от численности рабочих и конструкции изделия при обязательном условии реализации планового здания.
При различных производственных ситуациях капитальные затраты, производственные площади, нормы расходов материалов, число рабочих и производительность могут выступать как ограничения и как критерий оптимизации, наряду с приведенными затратами.
Для каждого из элементов производственной цепочки должны быть данные: Р(Х, Я, 0, Ь) - производительность; В(Х) - габариты; Б(Х, Я, 0) - цена; Е(Х, Ь) - норма расхода материальных ресурсов на единицу продукции, где X - обобщенная техническая характеристика элемента; Я - число рабочих; © -потери времени; Ь - Обобщенный параметр изготавливаемого изделия (спецификация деталей). Данные могут иметь фиксированное значение, если элементом является установленное или выпускаемое оборудование, или могут быть представлены в виде математических зависимостей. Так, для любого из элементов может быть приведена только номинальная производительность, значения которой существенно изменяется в зависимости от реальных условий функционирования. А именно: реальная производительность определяет состав оборудования и другие технико-экономические показатели эффективности производства.
В общем случае производительность равна
где Р(х) - функция, определяемая в зависимости от конструктивных особенностей оборудования;
К - коэффициент использования технических возможностей оборудования (расчетные зависимости определяются конструкцией оборудования); - коэффициент потерь времени по 1-й причине. Как показывают расчеты, в зависимости от спецификации заготовок и технических характеристик значение К колеблется в очень широких пределах - от 0,95 до 0,2. Изменение в некотором диапазоне, например, габаритов плит облицовочных прессов или ширины конвейеров шлифовальных и отделочных линий не приводит к фактическому росту производительности. А так как при этом увеличивается габарит и стоимость оборудования, то затраты на единицу продукции возрастают. Внецикловые потери времени вызываются рядом причин. Как показывают исследования, наибольшие потери времени связаны с настройкой оборудования, а также с устранением задержек в технологическом процессе и в работе оборудования.
Если Т3 - период запуска в обработку Ы3 видов заготовок, то коэффициент потерь времени на настройку равен
Ч Н гр >
*3
где 0Н - среднее время одной настройки.
Но при увеличении Т3 растет емкость межоперационных складов и складов готовых деталей, которая равна
V = т3 *
где Qт - выпуск продукции в единицу времени или интенсивность мате-риалопотока, т.е. улучшая условия функционирования одного элемента производственной цепочки, можно ухудшить условия работы смежных элементов.
Для условий мебельного производства в обобщенных единицах измерения маломерных деталей составляют 20-30%, максимальных размеров - 2-3% деталей, близкие к среднему размеру - 70-80%. Это обстоятельство приводит к мысли о целесообразности специализации оборудования по его техническим характеристикам и разделении его, по крайней мере, на две группы: для обработки маломерных деталей, для обработки деталей средних и крупных размеров. Обработку заготовок предельных размеров целесообразно исключить из автоматизированных гибких производств. Стремление создания оборудования со всеми большими техническими параметрами без обеспечения высокой мобильности приводит к снижению коэффициента использования оборудования из-за увеличения простоев на настройку (по причине роста частоты настроек) или из-за необеспеченности небольших объемов производств.
Как показывают расчеты, оптимальные с учетом затрат на склады и транспортное обслуживание являются гибкие автоматизированные производства, имеющие два-четыре параллельных потока.
При надлежащей организации планово-предупредительных ремонтов простои из-за сложных поломок оборудования практически отсутствуют. Однако кратковременные, но частые остановки, в основном из-за технологических процессов, приводят к значительным потерям времени. В ряде случаев при внедрении роботов не удается полностью достичь ожидаемого эффекта. Человек не исключается из обслуживания оборудования. Робот выполняет лишь часть операций из тех, что возлагаются на человека. Например, загрузку заготовок выполняет робот, а контроль качества заготовок - человек. Без последней операции процесс обработки становится неустойчивым. Оценивая влияние количества рабочих на производительность производственного потока (станок, линия, участок и т.д.), можно выразить коэффициент потерь времени на установление неполадок управлением
_ вУ
Чу ~ (То+вуУ
где 0у — 01у + 02у + 03у - математическое ожидание времени на устранение неисправности;
- время на отыскание и устранение неисправности;
0 2 у — - время перехода рабочего к месту неисправности;
У 17г> г?
I - общая протяженность участка, обслуживаемого бригадой; уя - скорость передвижения рабочего; Я - число рабочих в бригаде;
®зу=-~-
время ожидания элементов устранения неисправно-
сти;
т0 - математическое ожидание времени наработки на отказ всего элемен-
та.
Расчеты показывают, что увеличение численности бригады на автоматической линии с двух до трех человек может обеспечивать 1-1,5% прироста производительности на оборудовании с нормальной надежностью и 5-15% -на оборудовании с пониженной надежностью.
Таким образом, предлагается следующий алгоритм оптимизации параметров и структуры гибких производственных систем.
Определяется техническая производительность набора элементов заданной структуры в заданном диапазоне изменения технических характеристик X при различных условиях функционирования (при обработке заданных спецификаций заготовок, размере и периодичности запуска партий заготовок в обработку, времени простоев по различным причинам и др.).
Определяется число производственных цепочек с одинаковыми или различными техническими характеристиками по следующему алгоритму. Пусть Рг > Р2 > ••• > > •••Рп, где РI - производительность 1-х производственных цепочек (при исследовании в пределах участка; - производительность элемента цепочки) и Р - интенсивность материалопотока. Тогда число параллельных цепочек будет следующим:
Вариант 1 (используется только оборудование с наибольшей производительностью):
0 + 1; Ы12 = 0; Ы1п = 0;
Лп =
2-1
Вариант 2 (оборудование с максимальной производительностью загружено полностью, а остаток продукции обрабатывается на оборудовании с меньшей производительностью):
Ю - -1) * р±
N21 = Мц - 1; Ы22 =
+ 1;
Л/23 = 0;...;Л/2п = 0; Вариант С (используется только оборудование меньшей производительностью ):
^ 1 = 0; Ыс2 = 0;...;Ыс1= 0
+ 1; Исп = 0;
Вариант Б (используется только оборудование минимальной производительности Рп):
<2
ЫР1 = 0; Ып = 0; ...; = 0; ЫРп =
1 71
+ 1.
Алгоритм позволяет испытать различные сочетания параллельно работающих производственных цепочек.
Расчеты проводятся с заданным шагом в диапазоне реальных интенсив-ностей материалопотоков мебельных предприятий. Для каждого набора цепочек при каждом значении интенсивности материалопотока рассчитывается приведенные затраты (критерии оптимизации) и технико-экономические показатели (капитальные затраты или стоимость оборудования, число рабочих, производственная площадь, нормы расхода материала, инструмента и энергии и др.) и выбираются те варианты, которые удовлетворяют условию
7 <7 <127
^тт — ^с — ^тах,
где - наименьшее значение приведенных затрат; - приведенные
затраты для с - ого варианта сочетания производственных цепочек. Исследователь вправе по и другим показателям выбрать лучший (удовлетворяющий всем условиям) вариант. Это решение справедливо для условия предприятия, имеющего интенсивность материалопотока р.
Когда решается вопрос об оптимальности параметров и структуры гибких автоматических производств для всей отрасли или группы предприятий,
мощность которых находится в некоторых пределах от до , находят
к
— ^(Х'с — тЬп) * Рь >1 — 2, 3, ... к,
где 7 у т 1П - минимальные приведенные затраты при ] - й интенсивности материалопотока Q у ( Q± < Q у < Qк) ;
- приведенные затраты по с - му варианту производственной цепочки при ] - й интенсивности материалопотока;
рI - количество предприятий в отрасли с ]-й интенсивностью материало-потока.
По условию выбирается оборудование (пара-
метры и структура его), являющееся оптимальным для исследуемого диапазона мощностей предприятия.
При расчетах может варьироваться спецификация заготовок и объем партий заготовок и периодичность выпуска их в обработку (для каждого , что позволяет оценить эффективность функционирования линии при различных условиях работы или принять решение о целесообразной специализации предприятия и организации производства на них.
Расчеты, выполненные по изложенной методике, показывают, что раскройное, облицовочное, шлифовально-калибровочное и оборудование для обработки щитов по контуру должно иметь ряд модификаций с различной производительностью и уровнем концентрации операций. Отделочное оборудование должно иметь более высокий уровень универсальности по виду применяемых материалов.
Список использованных источников
1. Рябков В.М., Рябков С.В., Козлов В.С., Козлова Е.Б. Экономико-математическая модель интегральной автоматизации проектирования и производства древесностружечных плит. В Сб. Актуальные проблемы лесного комплекса. Вып. 29. -.Брянск, 2001. -С.169-174.
2. Рябков В.М., Рябков С.В., Козлова Е.Б. Рациональные параметры запасов стружки в производстве древесно-стружечных плит. В Сб. Лесной Вестник №2, 2012. -МГУЛ., г. Мытищи, Моск.обл. -С.145-148.
