Научная статья на тему 'Оценка фактора времени в технических системах на примере изготовления изделий тяжелого и атомного машиностроения'

Оценка фактора времени в технических системах на примере изготовления изделий тяжелого и атомного машиностроения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
61
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЦЕНКА ФАКТОРА ВРЕМЕНИ / ОБЕЧАЙКА / ПАРОГЕНЕРАТОР / РОЛИКООПОРНЫЕ СТЕНДЫ / TIME FACTOR ESTIMATION / SHELL / STEAM GENERATOR / ROLLER STANDS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кравченко П.Д., Косогова Ю.П.

В данной работе проведена оценка времени изготовления изделий атомной отрасли в зависимости от сложности технологических операций, времени обоснования выбора варианта изготовления, выполнении обязательных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Фактор времени как элемент системы технического прогресса представлен на практическом примере замены тяжелого металлообрабатывающего оборудования на мобильные малогабаритные блоки.In this paper, the time of manufacturing of nuclear industry products is estimated depending on the complexity of technological operations, the time to justify the choice of manufacturing options, and the performance of mandatory research and development work . The time factor as an element of the system of technical progress is presented on the practical example of replacing heavy Metalworking equipment with mobile small -sized units.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Кравченко П.Д., Косогова Ю.П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка фактора времени в технических системах на примере изготовления изделий тяжелого и атомного машиностроения»

Оценка фактора времени в технических системах на примере изготовления изделий тяжелого и атомного машиностроения

П.Д. Кравченко, Ю.П. Косогова

Волгодонский инженерно-технический институт -филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

Аннотация: В данной работе проведена оценка времени изготовления изделий атомной отрасли в зависимости от сложности технологических операций, времени обоснования выбора варианта изготовления, выполнения обязательных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Фактор времени, как элемент системы технического прогресса представлен на практическом примере замены тяжелого металлообрабатывающего оборудования на мобильные малогабаритные блоки. Ключевые слова: оценка фактора времени, обечайка, парогенератор, роликоопорные стенды.

Любой технологический процесс изготовления объекта можно представить в теоретическом плане в виде математических формул. Поскольку параметров при изготовлении объектов тяжелого машиностроения практически неограниченное множество, ограничимся рассмотрением фактора времени, обращая внимание на изделия атомного машиностроения. Специализированные отрасли машиностроения - судовое, авиационное, военное, космическое - имеют свои особенности, учет которых при оценке фактора времени требует рассмотрения и анализа множества элементов, из которых часть относится к государственной тайне, а часть - к изобретательским и "know-how" решениям.

Традиционно для изготовления изделий тяжелого машиностроения (весом в десятки, сотни и тысячи тонн) в горной, подъемно-транспортной, транспортной и атомной отраслях строятся производственные здания и сооружения, обеспечивающие надежность, безопасность и требуемое качество технологического процесса изготовления, а впоследствии, и самого изделия при его использовании [1-3].

Время при проектировании и строительстве сооружений в данной статье не рассматривается, но косвенно учитывается при общей оценке фактора времени в отрасли атомного машиностроения [4, 5].

Формализуем задачу с помощью математики [6, 7]. Формула (1) представляет зависимость фактора времени от основных составляющих технологического процесса изготовления объекта

Т*=/(М, Ыт> С), (1)

где Т; - время изготовления объекта для использования в технических системах (ТС); М - материалоемкость объекта; Ыт - количество технологических операций при изготовлении объекта; С - сложность технологических операций при изготовлении объекта.

Формула (1) представляет изменение фактора времени только в технологическом процессе изготовления объекта.

Рассмотрим изменение фактора времени в зависимости от материалоемкости объекта, как представлено в формуле 2:

М = /(тст, тсп, тпл, шт), (2)

где М - время обоснования выбора варианта; тст - масса стали (чугуна) в объекте; тсп - масса цветных металлов и сплавов; тпл - масса композитных и других материалов; тт - масса горюче-смазочных материалов.

Формула (2) представляет зависимость фактора времени от массы используемых в объекте всех материалов.

Фактор времени в зависимости от количества технологических операций определяется по формуле 3:

^Т = /Оп,Пт,Пф,Пс), (3)

где Мт - время обоснования правильного выбора оптимальной системы операций; пП - количество операций с изменением первоначального переменного состояния формы изделия (плавление); пт - количество операций под влиянием изменения температуры без изменения формы изделия (термообработка); Пф- количество операций с изменением формы изделия (механическая обработка резанием, штамповка, ковка, прокат); пС-количество операций проверки результатов технологического процесса (контроль).

Фактор времени, зависящий от сложности технологической операции, определяется по формуле (4):

С = /(С0,псо,пно), (4)

где С - время оценки сложности; С0 - сложность технологической операции, зависящая от сложности применяемого технологического оборудования и времени исполнения операции; псо - количество сложных операций; пно -сложность операций, не имеющей аналога в практике, требующая применения изобретательских методов для изготовления объекта.

Общее полное время изготовления объекта описывается формулой (5), где учтен фактор времени от идеи создания объекта и неизбежности учета времени при проектировании и выполнении обязательных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР)

^ = ТПр, (5)

где - время изготовления объекта от идеи до использования его на практике; Тпр - время проектирования объекта.

Изменение фактора времени при проектировании и НИОКР представлено в формуле (6)

ТПр=/(Л^к,Упп), (6)

где Мр - время обоснования количества руководителей проекта; Мк -количество конструкторов, ученых, технологов; Упп - уровень профессиональной подготовки для работы с применением рационализаторских и изобретательских методов.

В приведенных выше формулах не показаны факторы потери времени, зависящие как от политических, так и социально-экономических условий при изготовлении объекта. Не учтен фактор времени от ошибочных решений. Не учтены факторы времени при ускорении технологического процесса при использовании изобретений и быстродействующих

электронно-вычислительных машин, для создания программного обеспечения.

Анализ формул (1-6) приводит к необходимости сделать предварительные замечания, способствующие дальнейшему обоснованию влияния фактора времени (7^) на развитие машиностроения и техносферы. Анализ формулы (1) и развитие её в формулах (2-4) позволяет проследить логическую последовательность создания объекта с оценкой фактора времени за период изготовления объекта и его влияния на результат: чем массивнее объект, тем больше времени на его изготовление, чем больше операций и, чем они сложнее, тем больше времени на изготовление объекта и т. д.

Формулы (5, 6) объясняют влияние фактора времени уже с элементами системы создания объекта - проектирование (НИОКР) [8] и организация этого процесса.

Оценим фактор времени (7^), анализируя организацию процесса производства объектов тяжелого и атомного машиностроения. Отказ от тяжелого механического оборудования и применение мобильных металлорежущих блоков, базирующихся на самом объекте, свойства которого позволяют использовать его в качестве жесткой базы для указанных блоков, приводит к значительному снижению удельной металлоемкости технологического оборудования. Применение напольного грузоподъемного и транспортирующего оборудования с отказом от мостовых кранов приводит к значительному снижению стоимости строительства корпусов. Вышеизложенное иллюстрируется схемой проектного развития концептуальной модели, представленной на рисунке 1.

Схема (рис. 1 а) характеризуется:

- большим объемом фундамента 1, массивными колоннами 2, мостовым краном 3 большой грузоподъемности, металлоконструкциями перекрытия 4;

И

- большим объемом производственных помещений, связанных с габаритами технологического оборудования;

- наличием зоны 6 практически неиспользуемого объема производственного помещения.

На схеме (рис.1 б) представлен вариант концептуальной модели с применением мобильных металлорежущих блоков и напольного оборудования. Она характеризуется:

- значительно меньшим объемом фундамента 12 облегченного типа, в связи со снижением нагрузок на колонны, воспринимающих только вес перекрытия, и снеговые и ветровые нагрузки;

- меньшим объемом производственного помещения;

- меньшими массами несущих опорных конструкций, перекрытия, опор кантователя, канатных лебедок, гидравлических подъемных устройств (домкратов), опорной колонны с монтируемыми на ней мобильными металлорежущими блоками.

Предварительные расчеты удельной металлоемкости (например, на 1 м длины цеха) предложенного варианта показывают, что она снижается на один - два порядка по сравнению с существующими схемами.

Оценим фактор времени при определении качества процесса проектирования технологического процесса изготовления изделий атомного машиностроении [9, 10]. Фрагмент системы представлен на рисунке 2. На схеме представлены мостовой кран 1 массой тмк, подкрановое основание 2 массой тпк, станок 3 массой тс с обечайкой 4 массой то и кантователь 5 массой тк. Обечайка перемещается со станка на кантователь и обратно для поворота на 180°. По данным производства можно условно принять: среднюю массу обечайки то=100 т; массу кантователя напольного тк=110 т; массы тс станка и тпк мостового крана в 3...5 раз больше то, масса тпк подкраного основания на порядок больше то; в целом, суммарная масса

N

технологического, транспортного и нестандартного оборудования составляет тысячу тонн, энергоносыщенность - тысячи киловатт.

Рис. 1. - Базовая модель развития концептуального решения: а) существующая система; б) предложенная модель: 1 - фундамент; 2 -колонны; 3 - мостовой кран; 4 - металлоконструкции крыши; 5 -неиспользуемое пространство; 6 - граница пространства проектируемого

помещения; 7 - напольный кантователь; 8 - карусельный станок; 9 -обечайка; 10 - канатная лебедка; 11 - подвижная опора.; ЦМ - центр масс

объекта

Критерием качества проектирования этой системы принимаем удельную металлоемкость Муд т.е. отношение суммы масс оборудования и производственных сооружений к массе оборудования объекта, формула (7):

™МК+™ПК+™С+™К

МУД =

то

(7)

Рис. 2. - Существующая схема системы механической обработки обечаек в атомном машиностроении

Аналогично определяем критерий удаленной энергоёмкости Еуд процесс:

Е =

Еуд

емк+ес+епер+ек то

(8)

где ЕМК, ЕС, Епер, Ек - установленные мощности, соответственно, мостового крана, карусельного станка, средства перемещения и напольного кантователя.

С использованием эвристических методов проектирования предложена новая, близкая к оптимальной по критериям удельной металлоемкости и энерговооруженности, схема механической обработки обечайки на роликоопорных стендах, представленная на рис. 3. Внутренняя поверхность обечайки 1 обрабатывается с помощью блока 3, вращающегося относительно оси 4, жёстко закреплённой внутри обечайки с помощью распорных элементов 2. Наружную и торцевые поверхности можно обработать с помощью мобильного блока 5. Возможны и другие схемы базирования мобильных блоков при обработке обечайки на роликовых опорах 6, причём масса блоков и направляющих колец составляет менее 10т.

И

Рис. 3. - Проектная модель обработки обечайки на роликоопорном стенде с мобильными металлорежущими блоками

М, _ Шб1+^б2+Р МУд тО

Удельная металлоёмкость согласно схеме, представленной на рис. 2, определяется по формуле 9:

п^ . _1_-т___1_Р

(9)

где тБ1, тБ2 и тР - массы металлорежущих блоков и роликоопорного стенда, то - масса объекта.

Анализ формул (1-6) приводит к заключению, что создание объекта может быть существенно сокращено по фактору времени при выполнении условий, представленных в формулах (7-9), фрагментами технических решений, полученных в результате использования изобретательских методов. В литературных источниках часто употребляется словосочетание «ускорение технического прогресса». В данной работе фактор времени как элемент системы технического прогресса представлен на практическом примере замены тяжелого металлообрабатывающего оборудования на мобильные малогабаритные блоки.

Литература

1. Бадрахан А.И., Шурдумова Э.Г. Понятие отраслевой конкурентоспособности и принципы управления ее повышением на предприятиях машиностроительного комплекса // Фундаментальные исследования. 2016. № 4-3. С. 563-567.

2. Орлов В.В., Косырев К.Л., Дуб В.С. Металлургия и машиностроение - традиции и инновации // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 12. С. 1321-1331.

3. Protasov A.V., Sivak B.A. Modern development tendencies of ladle vacuum treatment // Тяжелое машиностроение. 2019. №5-6. С. 60-63.

4. Лоскутов И.А. Расчет суммарного времени, затраченного на монтаж силового, управляющего, включающее радиоэлектронное оборудование для АЭС. Базовое уравнение // Журнал технических исследований. 2019. Т. 5. № 2. С. 9-13.

5. Боброва Т.В., Панченко Р.М. Техническое нормирование рабочих процессов в строительстве на основе пространственно-временного моделирования // Инженерно-строительный журнал. 2017. №8 (76) С. 84-97.

6. Малышев Ю.М., Щуренко Н.Н. Фактор времени в оценке сроков строительства и освоения производственных мощностей // Нефтегазовое дело. 2010. Т. 8. № 1. С. 90-94.

7. Муравьев И.И., Острейковский В.А., Шевченко Е.Н. Модели оценки фактора времени в теории техногенного риска динамических систем // Труды международного симпозиума надежность и качество. 2015. С. 24-27.

8. Кравченко П.Д., Косогова Ю.П., Приходько О.Л. Особенности методики выполнения научно-исследовательской работы в интегрированной системе СПО и ВПО // Инженерный вестник Дона. 2018. №2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_218_Kravchenko.pdf_86012e27bf.pdf.

9. Кравченко П.Д., Косогова Ю.П. Расчетное обоснование способа применения съемных грузозахватных устройств при перемещении эллипсоидных днищ корпусного оборудования АЭС // Инженерный вестник Дона. 2020. №1. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_15_1_Kravchenko.pdf_37ffaf2207.pdf.

10. Kravchenko P.D., Yablonovsky I.M., Fedorenko D.N. New engineering decisions in nuclear engineering // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, № 3. pp. 1951-1955.

References

1. Badrakhan A.I., Shurdumova E.G. Fundamental'nye issledovanija. 2016. № 4-3. pp. 563-567.

2. Orlov V.V., Kosyrev K.L., Dub V.S. Chernaja metallurgija. Bjulleten' nauchno-tehnicheskoj i jekonomicheskoj informacii. 2019. Vol. 75. № 12. pp.1321-1331.

3. Protasov A.V., Sivak B.A. Tjazheloe mashinostroenie. 2019. №5-6. pp. 60-63.

4. Loskutov I.A. Zhurnal tehnicheskih issledovanij. 2019. T. 5. № 2 pp.

9-13.

5. Bobrova T.V., Panchenko P.M. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2017. №8 (76) pp. 84-97.

6. Malyshev Yu. M., Schurenko N.N. Neftegazovoe delo. 2010. ^ 8. № 1. pp. 90-94.

7. Murav'ev I.I., Ostrejkovskij V.A., Shevchenko E.N. Trudy mezhdunarodnogo simpoziuma nadezhnost' i kachestvo. 2015. pp. 24-27.

8. Kravchenko P.D., Kosogova Yu.P., Prikhodko O.L. Inzenernyj vestnik Dona, 2018. № 2. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_218_Kravchenko.pdf_86012e27bf.pdf.

9. Kravchenko P.D. Kosogova Yu.P. Inzenernyj vestnik Dona, 2020. № 1. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_15_1_Kravchenko.pdf_37ffaf2207.pdf.

10. Kravchenko P.D., Yablonovsky I.M., Fedorenko D.N. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11. № 3. pp. 1951-1955.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.