СИНТЕЗ СТРУКТУР АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНОЧНЫХ СИСТЕМ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ЭТАПЕ ПРЕДПРОЕКТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 62

Е.Г. Крылов, С.В. Шурховецикй, Д. Т. Арстангалиев, Е.В. Резникова

СИНТЕЗ СТРУКТУР АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАНОЧНЫХ СИСТЕМ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ЭТАПЕ ПРЕДПРОЕКТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В статье представлены исследования, на основании которых показано, что разработка автоматизированных станочных систем (АСС), построенных с применением принципов малооперационной, переналаживаемой, модульной технологии с элементами ситуативного построения технологических процессов, позволяет повысить технико-экономические показатели многономенклатурного обрабатывающего производства.

Ключевые слова: многономенклатурное производство, автоматизированная станочная система, предпроектный анализ, алгоритмизация проектирования, принцип группирования, формализация выбора оборудования, синтез структур

Предпроектный анализ производства является одним основных этапов создания АСС. От качества его проведения, достоверности и объема полученных данных в значительной степени зависит ход дальнейших проектных работ и результативность проектирования. Результаты анализа должны объективно отражать организационно-технические предпосылки проектирования, определяемые номенклатурой изделий, трудоемкостью их изготовления и объемом выпуска, степенью специализации производства, видами технологических процессов.

На стадии комплексного предпроектного обследования изучаются задачи, отражающие специфику производства и включающие сведения по следующим основным направлениям:

1) изделия;

2) средства технологического оснащения;

3) производственные процессы и организация производства;

4) исходная экономическая информация;

5) социальные предпосылки создания или реконструкции АСС.

Для их решения исследуются изделия и технологические процессы, применяемое технологическое оборудование, оснастка и режущий инструмент, организация производства, уровень автоматизации производственных процессов, организация обеспечения рабочих мест заготовками, инструментами и приспособлениями, механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ, система планирования, учета, диспетчирования и документооборота материальных и информационных потоков, система технической подготовки производства, включая организацию разработки управляющих программ для систем ЧПУ.

В результате предпроектного анализа производства решаются задачи (рисунок 3.1):

- оценка технологических характеристик массива деталей;

- формирование структуры программы выпуска деталей;

- обоснование уровня автоматизации и выбор вида АСС;

- разработка технического задания на проектирование АСС.

К технологическим характеристикам массива деталей относятся данные, определяющие разработку технологических процессов их изготовления и выбор основного технологического оборудования и оснастки: конфигурация, размеры, материалы, объем выпуска, параметры качества и другие. На стадии предпроектного анализа эти данные позволяют систематизировать необходимые сведения, определить рациональность конструкций деталей, оценить степень их применяемости, построить параметрические ряды, унифицировать детали и их элементы.

Характеристики массива деталей должны отражать информацию о каждой детали или усредненные показатели по деталям-представителям, которые должны обладать конструктивным и технологическим подобием всему семейству деталей. Число деталей-представителей Kv целесообразно назначать в зависимости от номенклатуры v по правилу выбора числа интервалов в прикладной статистике:

K < 2lnv (1)

v

Полученная информация записывается в технологическую карту. Это необходимо для принятия обоснованных решений и формирования данных для следующих этапов проектирования.

© Крылов Е.Г., Шурховецикй С.В., Арстангалиев Д.Т., Резникова Е.В., 2019.

Детали

Технологические процессы

|

Средства технологического оснащения

Формы организации производства

Экономические показатели

Потери

Классификация деталей Определение технологических характеристик деталей

|

Анализ номенклатуры деталей Расчет характеристик групп деталей Нормирование

Расчет циклов обновления продукции Обновление уровня автоматизации АСС Анализ станкоемкости

Расчет экономических показателей

Технико-экономическое обоснование

Техническая заявка

Техническое задание

«Элементная технология»

Система кодирования

Формирование данных для:

- отработки деталей на технологичность;

- унификации деталей и технологических процессов;

- группирования технологических процессов и решений;

- выбора средств технологического оснащения;

- реорганизации производства.

Рис. 1. Функциональная схема предпроектного анализа производства

Кодовое обозначение детали составляется по классификаторам ЕСКД и технологическому классификатору, согласно которым детали присваивается 20-позиционный код. На эскизе детали отражаются ее конструктивные особенности с указанием сторон, подлежащих обработке. Параметры точности и шероховатости задаются в двух значениях - для поверхностей с наименьшим полем допуска 1Ттт и наименьшим параметром шероховатости Кат,„ , а также для поверхностей, имеющих наибольшую удельную станкоем-кость в общей структуре станкоемкости (1Т и Ка). Удельные станкоемкости для первого и второго значения определяются коэффициентами точности КТ и шероховатости Кш

I I

t

K =

11

к =

11

(2)

JT

где - основное время обработки 1-й поверхности с квалитетом 1Т;

- основное время обработки]-й поверхности с шероховатостью Ка; ^ ¿о - суммарная станкоемкость обработки детали.

Параметр То1 определяет суммарное основное время по каждому методу обработки, Кто - удельную станкоемкость, к - число переходов.

При анализе номенклатуры деталей следует отразить статистические данные о размерных рядах, группах материалов, времени обработки каждым методом и т.д. В процессе формирования структуры программы выпуска производится определение перспективных планов, отражающих возможные изменения технологических характеристик деталей и объемов производства. Это дает возможность определять номенклатуру для обработки в проектируемой станочной системе. С этой целью создаются группы экспертов из ведущих специалистов, которые дают характеристики номенклатуры и объемов выпускаемой продукции с прогнозами сроков ее обновления на достаточно длительный период времени (обычно от 2 до 6 лет). При этом необходимо рассчитывать цикл ее обновления в следующей последовательности.

Определяется общая станкоемкость механообработки в ]-м году

Т * X Т (3)

j

I

где I - индекс детали, выпускаемой или предполагаемой к выпуску.

К обновляемой продукции относится такая величина станкоемкости (объем выпуска), которой в (У+1)-м году в сравнении с]-м годом не уменьшится, т.е.

vT < T = T* (4)

j j

Последовательность чисел

Yt

Y а

8 * = ^Г;8 *< < 1,8 и"1 (5)

I

указывает относительную долю обновления объемов продукции в сравнении с к-м годом.

Циклом обновления для к-го года называется разность

гк = п - к +1, (6)

которая означает целое число лет, в течение которых произойдет полное обновление продукции относительно к-го года.

Как правило, информация о характере производства продукции известна на ограниченный период. Поэтому с некоторого индекса ] = / + 1 построить последовательность не удается и, начиная с г/+1, циклы обновления рассчитать нельзя. Количественной оценкой цикла обновления продукции в условиях данного предприятия может быть использовано среднее значение продолжительности цикла обновления

Г

Y

h

г = (7)

/

Создание новой станочной системы наиболее целесообразно, если за нормативный срок окупаемости (г) продукция обновится полностью по крайней мере один раз. При обосновании формы организации производства с требуемым уровнем автоматизации необходимо проанализировать все факторы, влияющие на технико-экономическую эффективность, с учетом того, что в целом при повышении уровня автоматизации рост объема производства имеет тенденцию к насыщению - скорость возрастания объема производства уменьшается с ростом уровня оснащенности технологического процесса средствами автоматизации и вычислительной техники. Для объективной оценки эффективности автоматизации может быть использован коэффициент роста производительности труда, отражающий связь показателей экономической эффективности с характеристиками технологического процесса:

* + N (т +1)

^ = Ф--(8)

* а + N ( т5ф +1 / 8)

где ф - коэффициент роста производительности средств производства, показывающий, во сколько раз повышается производительность оборудования при внедрении новой техники взамен существующей;

к - коэффициент технической вооруженности живого труда, характеризующий отношение единовременных затрат овеществленного труда на создание средств производства к годовым затратам живого труда;

N - календарное время эксплуатации техники (в годах);

т - коэффициент энергоматериалоемкости живого труда, характеризующий отношение годовых текущих затрат овеществленного труда на инструмент, электроэнергию, вспомогательные материалы и ремонт к годовым затратам живого труда;

с - коэффициент изменения стоимости средств производства, т.е. отношение единовременных затрат прошлого труда на оборудование, здания и др. по новому варианту к аналогичным затратам по исходному варианту;

5 - коэффициент изменения текущих эксплуатационных затрат на единицу продукции;

е - коэффициент сокращения живого труда, показывающий, во сколько раз сокращается живой труд при втором варианте по сравнению с исходным.

Для обоснования уровня автоматизации в ЭНИМС разработана методика, основанная на расчете характеристик групп деталей, обрабатываемых в рамках общего технологического маршрута. Суть ее заключается в следующем.

Организационная форма производства оценивается коэффициентом закрепления операций:

^ = q/m, (9)

где q - число выполняемых деталеопераций; m - число станков.

Используя коэффициент Kс вводится понятие индекса производства

I = ^с + 1

Значения Kс и I для различных типов производств приведены в таблице 1.

Значения коэффициентов закрепления операций и индексов производства

(10)

Таблица 1

Тип производства Kc I

Массовое 1 - 3 1,0 - 2,1

Крупносерийное 3 - 5 2,1 - 2,6

Среднесерийное 5 - 20 2,6 - 4,0

Мелкосерийное 20 - 40 4,0 - 4,7

Единичное > 40 > 4,7

Индекс производства может служить интегральным показателем, так как он отражает и организационную форму производства, и меру относительной стоимости обработки. Последнее объясняется тем, что 80% деталей металлообрабатывающей промышленности в мире выпускается в условиях мелкосерийного производства и эта продукция в среднем в 5 раз дороже продукции массового производства.

Конкретные условия производства описываются путем задания номенклатуры и усредненных характеристик групп деталей:

N = ^¡rjNj; к

YkN YtkN ¿—i j j ¿—i j j j

j=i

t =

j=i

j+i

N

YkN

i j j

j=i

m = tkN/F

(11)

где n - номенклатура деталей;

N - годовая программа выпуска j-й детали группы;

k - число переходов, необходимое для обработки j-й детали;

t - средняя длительность переходов;

F - годовой фонд времени.

Автоматизация проектирования АСС требует создания специализированных САПР укрупненной технологии , предназначенных для предварительного синтеза технологического процесса обработки каждой детали, и формирования массивов данных о составе и схемах переходов, типах режущих инструментов и оснастки и т.п. Такие САПР обеспечивают синтез укрупненной технологии безотносительно к конкретным моделям станков (так как их выбор предстоит на дальнейших этапах) на уровне обработки элементарных поверхностей и создания на их основе данных для комплексного анализа и принятия решений. Полученная информация является базой для решения задач проектирования структуры и отдельных элементов АСС. Проектные решения, полученные в САПР укрупненной технологии, могут быть использованы на этапе эксплуатации АСС при технологической подготовке производства.

Библиографический список

1.Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов / И.П. Норенков. - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 336 с.

2.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. - 5-е изд. - Москва : Машиностроение, 2003. - Т.1. - 910 с. Т.2 - 943 с.

3.Схиртладзе, А.Г. Автоматизация технологических процессов в машиностроении / А.Г. Схиртладзе, С.В. Боч-карев, А.Н. Лыков. - Пермь : ПГТУ, 2010. - 505 с.

КРЫЛОВ ЕВГЕНИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры АПП, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

ШУРХОВЕЦКИЙ СТАНИСЛАВ ВАСИЛЬЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

АРСТАНГАЛИЕВ ДИЯР ТАХИРОВИЧ- магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

РЕЗНИКОВА ЕКАТЕРИНА ВЛАДИМИРОВНА - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.