CC BY
52
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эя №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025.155Н 1994-0408_
Выявление и анализ организационно-технологических факторов, влияющих на результативность технологических систем, организованных на основе концентрации обрабатывающих и сборочных процессов
77-30569/362645
# 03, март 2012
Бысов С. А., Малышев Е. Н.
УДК 658.512
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана m 1@bmstu-kaluga.ru
Как показывают исследования [1], при традиционной организации машиностроительного производства предметы труда находятся в цехах только 1 % всего времени от задания на проектирование до выхода готовой продукции, при этом на технологическом оборудовании - всего 5 % времени от нахождения деталей в цехах, остальное время приходится на дополнительные операции и перерывы, в том числе пролеживание. Сборочные операции являются составной частью подавляющего числа технологических процессов изготовления изделий в машиностроении. Примерно 35...40 % соединений деталей осуществляется по гладким цилиндрическим поверхностям, примерно треть из них - продольно-прессовые соединения, образованные запрессовкой различного вида втулок [2]. Наиболее распространенными представителями сборочных единиц с запрессованными втулками являются корпуса, кондукторы, рычаги и шатуны. Возникающие при запрессовке деформации тем или иным образом изменяют форму и размеры исполнительных поверхностей соединенных деталей, в ряде случаев значительно по сравнению с изначальными значениями. Для обеспечения требуемой точности осуществляется механической обработка деталей в сборе с целью устранения негативного влияния сборочной взаимосвязи, а также технологических погрешностей. Технология производства таких изделий включает обработку базовых и сопрягаемых поверхностей деталей на металлорежущих станках, соединение деталей на прессах или другом сборочном оборудовании, обработку деталей в сборе на металлорежущих станках.
При исследовании механосборочных производств большое внимание уделяется оценке простоев и нахождению условий повышения эффективности использования основного
оборудования [3]. Время, связанное с перемещением деталей на сборку и возвратное перемещение сборочных единиц на станок для обработки в сборе, является непроизводительно затраченным и может достигать нескольких часов. Устранить указанные недостатки традиционной технологии можно посредством концентрации процессов сборки и обработки в единой технологической системе. При этом необходимо решить следующие задачи:
- выявить и проанализировать организационно-технологические факторы, оказывающие влияние на длительность производственного цикла изготовления изделий на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов:
- установить область наиболее эффективного применения метода концентрации процессов.
Рассмотрим длительность производственного цикла, реализуемого на участке а — Ь — с — ё при последовательном выполнении операций обработки - сборки -доработки изделия (рис. 1), без учета междусменных перерывов.
Рис. 1. Последовательное выполнение операций обработки - сборки - доработки
Участок а-Ь
Затраты времени, связанные с обработкой на станке под запрессовку:
аа—Ь .а—Ь . та—Ь . та—Ь ио.с. _ т р + тх + тв >
Га—Ь
где т р - время выполнения рабочих ходов (токарная обработка), мин:
т
а—Ь_ пЬр ,а—Ь
Р _ а—Ь
1000урБар Ь
—— кр , где ё и Ьр - диаметр и длина обрабатываемой поверхности
а—Ь
соответственно, мм, Ур - скорость резания, м/мин, Бр - величина подачи на рабочих
<а—Ь
ходах, мм/об, кр - количество рабочих ходов, назначенных исходя из погрешности
относительного положения обрабатываемых поверхностей и погрешности установки заготовки в рабочей зоне станка;
?а Ь - время выполнения холостых ходов (токарная обработка): X Ь _-ЬхЧ:Х Ь где
оа—Ь
Бх
а—Ь
Ьх- длина однократного холостого хода инструмента, мм, Бх - величина подачи на
а—Ь
холостых ходах, мм/мин, кх - количество рабочих ходов. Можно считать, что Ьх_ Ьр и Х—Ь_ кр-Ь.
та Ь - время выполнения вспомогательных переходов, мм, затрачиваемое на установку
заготовки, снятие готовой детали, управление механизмами станка и т.п.
Затраты времени, связанные с формированием транспортной партии и
транспортированием от станка к прессу:
о.а—Ь _ та—Ь + та—Ь отр ~ 1 п + т тр ,
а—Ь
где тп - перерывы партионности (пролеживание деталей у станка после обработки в
ожидании завершения обработки всех обрабатываемых на станке деталей):
о А / о А о__А о_А \
тп _|тр + тх + тв I Мтр, где Ытрр - величина транспортной партии; а—Ь
т тр - время перемещения транспортной партии от станка к прессу и подготовка к запрессовке.
Участок Ь-с
Затраты времени, связанные со сборкой на прессе:
сф—с ,Ь—с . тЬ—с . Ь—с с.п _ тр + тх + тв >
Ь—с
где тр - время выполнения однократного рабочего хода (запрессовка), мин: Ь—с Ьр т
1р _-£-, где Ьр - длина сопрягаемых поверхностей, мм, Ус - скорость выполнения ус
сопряжения, м/мин;
тЬх с - время отвода пуансона: тЬх с _-—х—, где Бот - скорость отвода пуансона,
Бот
мм/мин;
Ь— с
т в - время выполнения вспомогательных переходов, мин, затрачиваемое на установку
соединяемых компонентов, снятие узла, управление механизмами пресса и т.п.
Затраты времени, связанные с формированием транспортной партии и транспортированием от пресса к станку:
0Ь—с _ тЬ—с + тЬ—с отр - 1п + т тр ,
Ь_с
где тп - перерывы партионности (пролеживание деталей у пресса после сборки в
Ь__с { Ь_с Ь__с Ь______________с 1
ожидании завершения сборки всех узлов): тф ~^т р + тх + тв ]Мтр;
Ь— с
ттр - время перемещения транспортной партии от пресса к станку и подготовка к
обработке.
Участок с^
Затраты времени, связанные с доработкой на станке:
ас—ё -гс—ё. ,с_ёх ,.с—ё °о.с. _ тр + тх + тв ,
где тр ё - время выполнения рабочих ходов (токарная обработка), мин:
с ё I рр с ё с_ё
т р _---------------——к , где к - количество рабочих (холостых) ходов,
1000 урБср~ё
назначенных исходя из погрешности сборки и погрешности установки обрабатываемого
(,Асб+ Ь-уст )
узла в рабочей зоне станка: кс <d
, где [&.сб+ куст ) - погрешность,
подлежащая удалению обработкой деталей в сборе, мм, состоящая из Асб -
погрешности, возникающей в результате выполнения сборочной операции и А уСт -
погрешности установки сборочной единицы для обработки деталей в сборе, ^ -эффективная глубина резания при обработке деталей в сборе, мм;
с—ё / г г л тс_ё _ —хкс_ё
тх - время выполнения холостых ходов (токарная обработка): тх ~--------------к ,
Бх
мин;
тв ё - время выполнения вспомогательных переходов, затрачиваемое на установку и снятие узла, управление механизмами станка и т.п., мин.
Затраты времени, связанные с формированием транспортной партии и транспортированием от станка на контроль:
ссс—ё _ тс—ё + тс—ё °тр - 1 п ~т 1 тр ’
с_ё
где т п - перерывы партионности (пролеживание узла у станка после обработки в ожидании завершения обработки всех обрабатываемых на станке): тс_ё _{тс_ё + тс_ё + тс_ёЛ АТ АТ
тп _ I тр + тх + тв I 1Утр, где 1Утр - величина транспортной партии;
а—Ь т р
т т р - время перемещения транспортной партии от станка на контроль, мин.
Длительность производственного цикла, реализуемого последовательно на участке а — Ь— с— ё без учета междусменных перерывов:
аа—Ь—с—ё ьа—Ь. ьа—Ь. рЬ—с, ьЬ—с. с\с—ё, сс—ё и + итр + ис.п. + итр + + итр .
Рассмотрим длительность производственного цикла, реализуемого на участке а — ё при концентрации обрабатывающих и сборочных процессов (рис. 2), без учета междусменных перерывов.
Рис. 2. Процесс на основе концентрации обрабатывающего и сборочного процессов
Затраты времени, связанные с обработкой на станке под запрессовку соизмеримы с а—Ь
затратами 0ос .
Затраты времени, связанные со сборкой на станке соизмеримы с затратами 0Ьпс. Затраты времени, связанные с доработкой на станке:
с\а—ё т-а—ё. ,а—ё, ^а—ё
0о.с. _ тр + тх + тв ,
а—ё
где т р - время выполнения рабочих ходов (токарная обработка), мин:
пёЬ
т
а—ё _
Р _ а—ё
1000 урБар ё
р а_ё а_ё
к , где к - количество рабочих (холостых) ходов,
назначенных исходя из погрешности сборки: к
а—ё
Асб
, где Асб - погрешность,
подлежащая удалению обработкой деталей в сборе, мм, - эффективная глубина резания при обработке деталей в сборе, мм;
а—ё / г г л та_ё _ ^х ка_ё
т х - время выполнения холостых ходов (токарная обработка): 1 х _ К ,
5
х
мин;
а—ё
т в - время выполнения вспомогательных переходов, затрачиваемое на установку и снятие узла, подготовку станка и т.п., мин.
Затраты времени, связанные с формированием транспортной партии и транспортированием от станка на контроль:
0а—ё _ та—ё + та—ё 0тр ~ 1 п + 1 тр ,
а—ё
где тп - перерывы партионности (пролеживание узла у станка после обработки в ожидании завершения обработки всех обрабатываемых на станке) тп ё _ тп ё, мин;
о_/у о_/у /"■»_А
т тр - время перемещения транспортной партии от станка на контроль т тр _ т тр , мин.
Длительность производственного цикла, реализуемого на участке а — ё на основе концентрации процессов без учета междусменных перерывов:
аа—ё ьа—Ь. ьЬ—с. ьа—ё. сс—ё 0 _ 0о.с. + 0с.п. + 0о.с. + 0тр .
Разность в длительности производственных циклов (затрат времени):
лд г&—Ь—с—ё аа—ё г&—Ь.гф—с. (рр—ё аа—ё А0 _ 0 — 0 _ 0тр + 0тр +10ас. — 0о.с.
о_/л }л__Х~» /у
Принимая ґтр _ ґтр _ ґтр _ ґтр и подставляя начальные обозначения, получаем:
((
А0 _ V
т р
\
пёЬ Ь
----------------1-----
1000 у5р Бх
у\ У У
А
уст
+ в
+ 21
т р.
Аналогичным образом может быть определена разница потерь по инструменту:
А0и_
V пёЬ А уст 1
1Утр 1000уpSр Ґ* Т
и
t
где Т - период стойкости инструмента, мин, ти - длительность одной переточки или
А
замены изношенного (поломанного) инструмента,
'■уст
- количество
дополнительных проходов при обработке по базовой технологии по сравнению с
V 'ПвЬ А уст 1
лтр 1000урБр Т
предлагаемой,
или замен инструмента.
Тогда, с учетом потерь по инструменту:
количество дополнительных переточек
А0 _ V
т р
А
уст
Г*
тгёЬ Ь
----------+ — +
1000 урБр Ьх
тгёЬ 1
1000 рр Т
Л
ти + тв
+ 2т
(1)
(1) является математической моделью, отражающей экономию затрат времени при изготовлении изделий на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов.
Полученная модель (1):
1) показывает, на какую величину времени возможно сократить длительность производственного цикла в случае концентрации обрабатывающего и сборочного процессов на технологическом оборудовании, т.е. модель обеспечивает предсказуемость результативности процесса концентрации обрабатывающего и сборочного процессов,
2) позволяет выявить организационно-технологические факторы (рис. 3), оказывающие наиболее существенное влияние на величину сокращения длительности производственного цикла, т.е. выявляет инструменты направленного воздействия (управления) на организацию производственного процесса.
Рис. 3. Организационно-технологические параметры, оказывающие влияние на длительность производственного цикла изготовления изделий на основе концентрации
сборочных и обрабатывающих процессов
Одним из наиболее эффективных инструментов исследования, который основан на системном подходе, является метод планирования и реализации факторных экспериментов [4].
При проведении численного полнофакторного эксперимента (ПФЭ) для исследования организационно-технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на величину сокращения длительности производственного цикла в качестве
таких факторов приняты: Мтрр, Ауст , т тр и ^. Остальные факторы, которые входят в
структуру модели (1 ), являются технологическими и их значения обусловлены свойствами материалов и характером технологического процесса. Факторы устанавливались на двух уровнях, то есть имеет место полный факторный эксперимент 24.
Уровни факторов в натуральном и безразмерном масштабах представлены в таблице.
Уровни факторов в натуральном и безразмерном масштабах
Факторы Уровни факторов Интервалы
+1 0 -1
Мтр 35 25 15 10
А уст 0,5 0,25 0 0,25
т т р 20 16 12 4
0,4 0,25 0,1 0,15
Получена регрессионная модель в кодированном масштабе уровней факторов:
ХА0) _ 46,24 + 5,7Мтр + 11,49Ауст + 8,0ттр-4,92г*. (2)
Величина и знак коэффициентов в уравнении регрессии (2) говорят о силе и характере влияния исследуемых факторов на величину сокращения длительности производственного цикла при внедрении предлагаемых организационно технологических мероприятий (концентрации операций).
На рис. 4 представлены результаты анализа эксперимента 24 в виде диаграммы результатов регрессионного анализа, по которой можно определить силу и характер влияния факторов на отклик.
50.00 -
40.00 -
30.00 -
20.00 -10,00 -
0,00 --10,00 -
Рис. 4. Анализ результатов регрессионного анализа
46,24 Ь0
11,49
5,70 Ь1 Ь2 800 Ь3
Ь 4 -4,92
Так из анализа (2) следует, что сила влияния погрешности установки сборочной единицы на станок Дуст в два раза больше влияния №тр. Второе по величине влияние
оказывает время транспортировки Ттр. Коэффициент при ^ в уравнении регрессии
отрицательный, это значит, что с увеличением ^ экономия длительности производственного цикла уменьшается, то есть при увеличении глубины резания сокращается количество ходов и соответственно время обработки.
На рис. 5 показана зависимость величины сокращения длительности производственного цикла от технологических параметров: величины погрешности установки Дуст и
принятого значения эффективной глубины резания при обработке деталей в сборе ^. Из графика видно, что внедрение концентрации обработки и сборки наиболее эффективно при обработке непрочных соединений, когда величина ^ - наименьшая.
Потери, мин 80 -
70 -
60 -
50 -
40 -
30 -
20 -
10 -
0 -
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Погрешность установки, мм
Рис. 5. Зависимость величины сокращения длительности производственного цикла от технологических параметров: величины погрешности установки ДуСт и принятого
значения эффективной глубины резания при обработке деталей в сборе t* :
Ряд 1 - ^ =0,1 мм, Ряд 2 - ^ =0,2 мм, Ряд 3 - ^ =0,3 мм
На рис. 6 показана зависимость величины сокращения длительности производственного цикла от организационных параметров: времени перемещения транспортной партии
у*- " " 1 1 1 \ ч
ф / ¥ /
г ■ — - / V
РЯД1 Ряд2
Ряд3
между операциями т т р и величины транспортной партии Лт р. Из графика видно, что
наибольший эффект от внедрения предлагаемых мероприятий проявляется при наибольших значениях времени транспортирования и величины транспортной партии.
Потери, мин
90
. — — — — —
— — — — т —
„ — ш т - — "
- - Ря д1
Ряд2
Ря д3
80
70
60
50
40
30
20
10
0
12 13 14 15 16 17 18 19 20
время транспортирования, мин
Рис. 6. Зависимость величины сокращения длительности производственного цикла от организационных параметров: величины времени перемещения транспортной партии
между операциями ттр и величины транспортной партии Лт р:
Ряд 1 - Лтр=15, Ряд 2 - Лтр=25, Ряд 3 - Лтр=35
Полученная в результате проведенных исследований математическая модель и регрессионный анализ результатов ПФЭ 24 позволяют сделать нижеследующие выводы:
1. Установлены факторы, оказывающие влияние на длительность производственного цикла изготовления изделий на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов: организационные (величина транспортной партии, длительность одной замены изношенного инструмента, время выполнения вспомогательных переходов, время перемещения транспортной партии) и технологические (погрешность установки сборочной единицы для обработки деталей в сборе, период стойкости инструмента, эффективная глубина резания при обработке деталей в сборе, диаметр и длина
обрабатываемой поверхности, скорость резания, величина подачи на рабочих и холостых ходах, длительность одной переточки изношенного инструмента).
2. Доминирующими факторами, оказывающими влияние на сокращение длительности производственного цикла изготовления изделий на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов, являются погрешность установки сборочной единицы для обработки деталей в сборе Дуст и время перемещения транспортной партии между
операциями т т р.
3. Внедрение концентрации обработки и сборки наиболее эффективно при обработке непрочных соединений, когда значение величины эффективной глубины резания при обработке деталей в сборе t* - наименьшее.
Литература
1. Шишмарев В.Ю. Машиностроительное производство / В.Ю. Шишмарев, Т.И. Каспина. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 352 с.
2. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Технология сборки в машиностроении. Т. III-5 / А.А. Гусев, В.В. Павлов, А.Г. Андреев и др.; Под общ. ред. Ю.М. Соломенцева, 2001. 640 с.
3. Корытов В.Н. Повышение эффективности механообрабатывающего производства на основе комплексного анализа технологических и организационных факторов. Дисс. ... канд.техн.наук. Гаврилов-Ям, 2004. 136 с.
4. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. Мн.: Дизайн ПРО, 1998. 336 с.
electronic scientific and technical periodical
SCIENCE and EDUCATION
__________El. .Vs KS 77 - 30569. -V«042l 100025. ISSN 1994-0408_
Detection and analysis of organizational-technological factors influencing the productivity of technological systems based on processing-assembly concentration
77-30569/362645
# 03, March 2012 Bysov S.A., Malyshev E.N.
Bauman Moscow Technical University, Kaluga Branch
m 1@bmstu-kaluga.ru
The authors determine organizational and technological factors influencing productivity of technological systems based on processing-assembly concentration. The authors analyzed these factors and presented a mathematical model showing savings on time for manufacturing on the basis of processing-assembly concentration.
Publications with keywords: mathematical model, technological potentialities, manufacture organization
Publications with words: mathematical model, technological potentialities, manufacture organization
References
1. Shishmarev V.Iu. Mashinostroitel'noe proizvodstvo [Engineering production]. Moscow, Akademiia Publ., 2004. 352 p.
2. Andreev A.G., Pavlov V.V., Gusev A.A., Solomentsev Iu.M. Tekhnologiia sborki v mashinostroenii [Assembly technology in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2001. 640 p. (Entsiklopediia “Mashinostroenie”, vol. 3, book 5).
3. Korytov V.N. Povyshenie effektivnosti mekhanoobrabatyvaiushchego proizvodstva na osnove kompleksnogo analiza tekhnologicheskikh i organizatsionnykh faktorov. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of production machining through an integrated analysis of technological and organizational factors. Cand. tech. sci. diss.]. Gavrilov-Iam, 2004. 136 p.
4. Borovikov S.M. Teoreticheskie osnovy konstruirovaniia, tekhnologii i nadezhnosti [Theoretical basis of design, technology and reliability]. Minsk, Dizain PRO Publ., 1998. 336 p.
