4 Основы организации поточного производства

4.1 Основные признаки и условия организации поточного производства

Поточное производство является наиболее совершенной формой организации производственных процессов, т. к. оно обеспечивает са­мую короткую длительность производственных циклов, а также рит­мичность и непрерывность производства.

Поточное производство  рациональная форма научной организа­ции производства, которая основана на ритмичной повторяемости скоординированных во времени операций, выполняемых на специализи­рованных рабочих местах, расположенных по ходу технологического процесса.

26

Поточные методы производства распространены в различных от­раслях промышленности, в непрерывных и периодических производс­твах, в массовом, серийном и даже единичном производстве.

Поточное производство, где бы оно ни было организовано, об­ладает рядом основных признаков:

• на потоке изготавливается одно или несколько видов изде­лий, но близких между собой по технологии обработки,

• процесс производства расчленен на равные или кратные по трудоемкости операции, которые выполняются в наиболее рациональ­ной последовательности;

• за определенным рабочим местом на потоке закреплена конк­ретная операция, а сами рабочие места расположены последовательно по ходу технологического процесса;

• технологический процесс в целом и его отдельные операции осуществляются с соблюдением определенного ритма, т. е. на каждой операции штучное время должно быть равно или кратно, так называе­мому, такту потока;

• на поточных линиях, как правило, используется специальный межоперационный транспорт, например, конвейер.

Чтобы создать поточное производство, необходимо соблюдать оп­ределенные условия его организации:

• объем выпуска продукции должен быть достаточным, чтобы расчленить технологический процесс на отдельные операции и орга­низовать соответствующие им специализированные рабочие места;

• производство должно обладать устойчивой номенклатурой;

• объем выпуска продукции должен соответствовать производительности технологического оборудования, так называемое синхрон­ное производство;

• в единичном и мелкосерийном производстве поточное произ­водство можно организовать только при унификации и стандарти­зации деталей и узлов выпускаемой продукции;

• при широкой номенклатуре изделий в обрабатывающих цехах предприятий главным условием организации потока является типизация технологических процессов. Должна быть проведена конструктив­но-технологическая классификация изделий, которая позволит более эффективно загрузить установленное оборудование.

4.2. Технико-экономические преимущества поточной организации производства

Экономическая эффективность организации потока определяется, прежде всего, снижением отдельных составляющих издержек производс­тва, связанных с оборотными производственными фондами, основными фондами, оплатой труда и т. д., которые прямо или косвенно влияют на уровень рентабель-

27

ности производства, его прибыль.

1 На промышленных предприятиях поточные методы производства могут быть использованы при изготовлении изделий со сходными узлами. Поступая на окончательную оборку, эти узлы снижают ее тру­доёмкость,

2 На специализированных рабочих местах рабочие, выполняя одни и те же операции, овладевают более рациональными приемами работа, что повышает производительность их труда.

3 Использование на потоке специального межоперационного транспорта позволяет ликвидировать тяжелый физический труд на транспортных операциях, а зачастую и сами транспортные операции.

4 Специализация рабочих мест на потоке сводит к минимуму простои, связанные с переналадкой оборудования.

5 Поточное производство, благодаря высокой специализации и рациональному размещению в пространстве рабочих мест, позволяет значительно увеличить съем продукции с одного квадратного метра производственной площади.

6 Непрерывное перемещение предметов труда на потоке сокращает длительность производственного цикла, что ведет к уменьшению незавершенного производства.

7 Поточное производство способствует внедрению новой совре­менной техники, технологии и повышению профессионального уровня рабочих.

4.3 Однопредметные и многопредметные поточные линии

Основной структурной единицей поточного производства на предприятии является поточная линия. Поточная линия представляет собой систему машин и построенную на ее основе кооперации рабо­чих, осуществляющих в заданном ритме при минимальном цикле изготовления законченный замкнутый процесс обработки определенного изделия или группы изделий.

Различают однопредметные и многопредметные поточные линии. Если на потоке изготавливается одно изделие, и при этом на каждом рабочем месте выполняется только одна операция, то мы имеем дело с однопредметной поточной линией. Когда же на линии обрабатывают два или более изделий и за каждым рабочим местом закреплены две или более операций, то такая линия является многопредметной.

Однопредметные линии характерны для массового типа производства, а многопредметные  для серийного. В единичном и мелкосерийном производстве используются многопредметные поточные линии для об­работки сходных по конструктивно-технологическим признакам изделий.

В массовом производстве распространены следующие виды однопредметных поточных линий:

• непрерывно-поточные линии с применением различного вида конвейеров;

• автоматические поточные линии;

28

• прерывно-поточные (прямоточные) линии;

• стационарные линии, на которых обрабатываются неподвижные изделия, а специализированные рабочие бригады переходят от одного изделия к другому.

Непрерывно-поточные (прямоточные линии) применяются в том слу­чае, когда не удается достичь определенной синхронности операции. Ритмичность работы таких линий достигается тем, что через опреде­ленные промежутки времени на каждой операции обрабатывается стро­го определенное одинаковое количество изделии. Для поддержания непрерывной работы на ее рабочих местах создаются, так называемые межоперационные заделы.

Степень непрерывности работы линии может быть охарактеризована коэффициентом прерывности (К_пр)

4.4 Классификация основных форм многопредметных линий в серийном производстве

В условиях серийного производства поточная линия многопредметная. На рабочем месте выполняется несколько деталь-операций. Отличительной особенностью таких линий является возможность их быстрой переналадки. Наиболее распространенными формами много­предметных линий являются переменно-поточные, групповые и серийно-прямоточные линии.

На рисунке 5 представлена схема классификации основ­ных форм многопредметных поточных линий.

Групповыми поточными линиями называют такие, на которых об­рабатывают несколько конструктивно и технологически родственных изделий без переналадки оборудования. Групповые потоки бывают двух видов в зависимости от способа работы:

• одновременная (параллельная) обработка нескольких различ­ных изделий;

• последовательная без переналадки оборудования обработка следующих в потоке друг за другом деталей в любом произвольном порядке.

Переменно-поточные и переменно-прямоточные линии предполага­ют обработку различных изделий путем последовательного чередова­ния партий этих изделий с обязательной переналадкой оборудования при переходе от партии к партии. Наиболее распространен перемен­ный поток в сборочных цехах заводов мелкосерийного производства.

29

Степень непрерывности

процесса

Формы

организации

Рисунок 5  Классификация многопредметных поточных линий

4.5 Межоперационный транспорт

В поточном производстве обычно применятся различного вида транспортные средства. В механических и сборочных цехах используют рольганги. Конвейеры применяются в литейных и сборочных цехах. При сборке легких изделий используют ленточные транспортеры различных конструкций.

В литейных цехах и при оборке достаточно тя­желых изделий используют цепные конвейеры с площадками или тележками специальных конструкций. Если вместо площадки установить сплошной ряд поперечных пластин, то можно получить пластинчатый транспортер.

На сборке не очень крупных изделий с небольшим коли­чеством операций применяют вращающиеся круглые столы  карусели. Для подачи узлов и деталей на сборку или обработку применяют раз­личные виды подвесных конвейеров.

4.6 Расчет основных параметров поточных линий

4.6.1 Синхронизация потока

Для того чтобы организовать изготовление нового вида про­дукции на промышленном предприятии, необходимо прежде всего опре­делить потребность потенциального рынка в этом товаре (V_тов). Проводимые маркетинговые исследования позволяют предприятия спла­нировать не только ассортимент, но и объем производства (V_пр) каждого вида продукции.

Разработка технологии изготовления в соответствии с наличным парком

30

оборудования и известным объемом позволят определить тип производства нового изделия, возможность использования и форму организации поточных линий для изготовления деталей, узлов нового изделия и его сборки.

Наиболее простой формой организации поточного производства являются однопредметные непрерывно-поточные линии, характерные для массового типа производства. Особенностью организации поточ­ного производства является, как указывалось выше, подчинение продвижения предметов труда по воем стадиям и операциям техноло­гического процесса, а также загрузки оборудования на рабочих мес­тах, определенному заданному ритму. Это отражается в обязательном равенстве длительности операционных циклов, а продолжи­тельность отдельных операций должна быть равна или кратна такту поточной линии (r).

Тактом линии – называется период времени, отделяющий выпуск одного предмета труда с поточной линии от следующего за ним или, что равнозначно, запуск следующих друг за другом предметов труда на поточную ли­нию.

Поэтому при проектировании потока для производства нового изделия, зная эффективный плановый фонд времени работы оборудования в течение года Т_эфф и плановый годовой объем выпуска продукции V_пр, несложно рассчитать такт будущей линии r = T_эфф/V_пр. В свою очередь, равенство длительности операционных циклов предполагает, что

… …

Если предметы труда перемещаются по операциям технологичес­кого процесса не поштучно, а передаточными партиями (p), то работа поточной линии подчиняется ритму потока (R). Ритм и такт поточной линии связаны следующей зависимостью R = r х р.

Величину обратную такту потока называют темпом (Т) работы поточной линии Т = 1/r.

Процесс согласования длительности операций с тактом (ритмом) поточной линии называют синхронизацией операций. Синхронизация обычно выполняется в два этапа:

• предварительная (грубая) синхронизация на стадии проекти­рования процесса;

• окончательная (точная) синхронизация на стадии отладки по­точной линии в производственных условиях.

Синхронизация достигается различными методами. При предвари­тельной синхронизации операции проектируются путем комбинирования (разделения или соединения) приемов (переходов), т. е. разделения одной операции на несколько новых или соединения нескольких ис­ходных операций в одну. Предусматриваются интенсификация режимов обработки, использова-

31

ние высокопроизводительного оборудования и оснастки. На стадии предварительной синхронизации допускается отклонение длительности операционных циклов от такта не более чем на 10  12 %, как правило, в сторону его превышения. Это откло­нение устраняется при отладке линии в условиях действующего про­изводства путем дополнительной механизации трудовых процессов на рабочих местах, дальнейшей интенсификацией режимов, использования труда вспомогательных рабочих и других технологических и организационных методов.

2. Однопредметные непрерывно - поточные линии с рабочим

конвейером

Конвейер поточной линии является рабочим, если на нем не только перемещаются предметы труда по операциям технологического процесса, но и выполняются сами операции с использованием соот­ветствующего оборудования, инструментов и приспособлений.

Исходным моментом при проектировании непрерывно-поточной ли­нии является такт r = Т_эфф/V_пр.

Расчетное число рабочих мест на отдельных операциях опреде­ляется как отношение штучного времени на операции к такту потока С_расч = t_шт/r. Эта величина в общем случае имеет дробное значе­ние. Поэтому реальное количество рабочих мест на операциях харак­теризуется принятым числом рабочих мест (С_пр), которое определяется путем округления расчетного числа рабочих мест до ближайшего це­лого. При этом на стадии проектирования допускается перегрузка рабочего места в пределах 10... 12 %.

Коэффициент загрузки рабочих мест (К_загр) рассчитывается как отношение расчетного числа рабочих мест к принятому К_загр = С_расч/С_пр.

Общее количество рабочих мест поточной линии рассчитывается как сумма принятого числа рабочих мест по каждой операции процес­са.

Шаг конвейера (l) - это расстояние между предметами труда на рабочем конвейере. Минимальная величина шага определяется габари­тами изделия и необходимым зазором между смежными предметами тру­да. Максимальная величина шага лимитируется допустимой скоростью движения конвейера.

Длина поточной линии зависит от планировки оборудования и рабочих мест на каждой операции. В свою очередь, как и шаг, расс­тояние между рабочими местами определяется исходя из габаритов и веса обрабатываемых предметов, конструкции транспортных средств потока и их скорости. Длина поточной линии (рабочей части конве­йера L) рассчитывается как произведение шага конвейера на при­нятое число рабочих мест L = l х С_пр.

Скорость движения конвейера (V) устанавливается соответственной такту (ритму) поточной линии и равна отношению шага конвейера к такту (ритму) потока V = l/r или V = l/R.

32

Наиболее удобной для работы считается скорость движения кон­вейера в пределах 0,1... 0,8 м/мин, хотя допускается и более вы­сокая скорость, но не превышающая 3,5 м/мин.

Для поддержания определенного ритма работы на рабочих местах устанавливаются рабочие зоны операций (станции). Рабочая зона представляет собой участок конвейера, на котором выполняется опе­рация. Границы этих зон целесообразно отмечать на неподвижных частях транспортера или на полу.

Нормальная длина зоны операции (l_н) рассчитывается как про­изведение шага конвейера на число рабочих мест операции l_{н j} = l х С_{j пр}.

Например, на рабочем конвейере собирается узел с площадью основания 365 х 295 мм. Расчетная суточная программа сборки сос­тавляет 450 узлов. Режим работы участка сборки - 2 смены по 8 ча­сов, регламентированные перерывы  30 мин в смену. Определить такт линии, скорость движения ленты конвейера, расчетное и приня­тое число рабочих мест по операциям, коэффициент их загрузки, нормальную длину рабочей зоны операции, длину рабочей части кон­вейера.

Такт линии r = Т_эфф/V_пр = (2 х 8 х 60 - 2 х 30) / 450 = 2 мин.

Т. к. габариты узла не являются определяющими для величины шага конвейера, то он должен быть принят исходя из планировки рабочих мест. Предположим, что рабочие места расположены вдоль конвейера с одной его стороны. Примем шаг (l) конвейера равным 1 м. Отсюда скорость движения конвейера V = l/r = 1/2 = 0,5 м/мин.

Пусть процесс оборки состоит из восьми операций. Штучное время по операциям и результаты расчета остальных параметров представлены в форме таблицы 1.

Таблица 1  Пример расчёта параметров потока

Операция	Штучное время, мин	Число рабочих мест		Коэффициент загрузки	Нормальная длина рабочей зоны, м
		расчетное	принятое
1 2 3 4 5 6 7 8	2,1 5,9 6,1 2,1 6,0 2,0 6,0 1,8	1,06 2,95 3,05 1,05 3 1 3 0,9	1 3 3 1 3 1 3 1	105 98,3 101,8 105 100 100 100 90	1 3 3 1 3 1 3 1

Общее число рабочих мест на оборке – 17. Поэтому длина рабо­чей части конвейера (L_p) составит 17 м.

33

4.6.3 Непрерывно-поточные линии с распределительным конвейером

Распределительные конвейеры применяются в тех случаях, когда на отдельных операциях потока имеется несколько рабочих мест-дублеров и сама работа выполняется не на конвейере, а на специально оборудованных рабочих местах, расположенных вдоль конвейера c од­ной или двух сторон.

Такт, ритм, число рабочих мест и скорость движения конвейера рассчитываются в том же порядке, что и для непрерывно-поточных линий с рабочим конвейером.

Для поддержания заданного ритма работы на таких конвейерах предусматривается либо автоматическое распределение предметов труда по рабочим местам, либо распределение c помощью разметочных знаков, которые наносятся на площадки или подвески конвейера.

Минимально необходимое количество разметочных знаков – период конвейера – определяется как наименьшее общее кратное из числа ­рабочих мест по всем операциям технологического процесса.

Минимальная длина рабочей части конвейера (L_p) определяется из условий расположения оборудования и конструктивных особеннос­тей самого конвейера. Оборудование на рабочих местах может распо­лагаться вдоль конвейера с одной или двух сторон в линейном или шахматном порядке. Длина всей ленты или цепи транспортера (L_л) с учетом радиуса поворотов (R) составляет L_л = 2 х Lр + 2 х  х R.

Например, технологический процесс состоит из семи операций о соответствующим штучным временем (мин): 12,9; 12,9; 4,2; 4,3; 8,7; 4,2; 4,3. При односменной работе линии (8 часов) и дневном вы­пуске, равном 109 деталям, такт линии

Расчетное количество рабочих мест по каждой из операций С_расч= t_{j шт} / r будет соответственно равно 2,93; 2,93; 0,95; 0,98; 1,98; 0,95; 0,98. Принятое число рабочих мест  3; 3; 1; 1; 2; 1; 1. Период конвейера - комплект разметочных знаков (П)  равен 6. Суммарное количество рабочих мест по всем операциям равно 12.

Если принять, исходя из планировки оборудования, длину рабо­чей части конвейера (L_p) равной 30 м, то шаг конвейера составит

Скорость конвейера V = l/r = 2,5/4,4 = 0,57 м/мин.

Для обеспечения ритмичной работы линии комплект разметочных знаков должен повторяться по всей длине ленты (цепи) целое число раз (К). Следовательно, должно выполняться следующее равенство L_л = l х П х К.

34

При значении радиуса поворота ленты конвейера (R) равном 0,5 м длина ленты в нашем примере

L_л = 2 x 30 + 2 x 3,14 х 0,5 = 63,14 м.

Отсюда К = L_л /(l х П) = 63,14 /(2,5 х 6) = 4,2 раза.

Округляя количество комплектов (К) до ближайшего целого, принимаем К = 4.

Далее проводим корректировку величины шага конвей­ера (l_кор)

l_кор = 3,14 / (4 х 6) = 2,6 м.

Отсюда откорректированная скорость движения конвейера (V_кор)

V_кор = l_кор / r = 2,6 / 4,4 = 0,59 м/мин.

Распределение номеров разметочных знаков за рабочими местами отдельных операций представлено в таблицы 2.

4.6.4 Особенности расчета прерывно-поточных (прямоточных) линий

Прямоточные линии чаще всего используются для механической обработки изделий при неполной загрузке оборудования из-за того, что невозможно достичь полной синхронизации отдельных операций технологического процесса. Такие линии экономически оправдывают себя в том случае, если синхронизация достигнута по большей части операций и при этом возможна комбинированная загрузка рабочих, которые работают на незагруженном оборудовании, путем закрепления за ними двух-трех, как правило, смежных операций.

Таблица 2  Распределение разметочных знаков

Номер операции	Номер Рабочего места	Знаки, закрепленные за рабочим местом	Всего закреплено знаков
1 2 3 4 5 6 7	1 2 3 1 2 3 1 1 1 2 1 1	1, 4 2, 5 3, 6 1, 4 2, 5 3, 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 1, 3, 5 2, 4, 6 1, 2, 3, 4, 5, 6 1, 2, 3, 4, 5, 6	2 2 2 2 2 2 6 6 3 3 6 6

35

Для поддержания ритмичной непрерывной работы на прямоточных линиях создаются межоперационные оборотные заделы, поскольку вследствие отсутствия синхронности, на смежных операциях разная производительность. Величина оборотного задела равняется разности производительности оборудования по двум смежным операциям за пе­риод их одновременного выполнения (Т_п). Если на двух смежных опе­рациях “j” и “j+l” за период Т_п число рабочих мест не меняется и равно, соответственно, С_j и С_j+i, а норма времени на операциях составляет t_j и t_j+i, то максимальный межоперационный задел Z_макс можно рассчитать по формуле

Рассмотрим особенности расчета прямоточной линии на следую­щем примере (рисунок 6).

100 % Z

1 станок Z макс

30 % 70 %

2 станок 0 R

R Т_п1 Т_п2

Рисунок 6  Формирование задела на смежных операциях прямоточной линии

Например, при прямотоке на двух смежных операциях установле­ны, соответственно, два и один станок. При этом общая загрузка оборудования по операциям составляет 65 % и 70 %. Для того чтобы рационально использовать фонд рабочего времени рабочего, очевидно, необходимо один станок на первой операции загрузить полностью, т. е. на 100 %. Тогда загрузка второго станка на этой операции бу­дет составлять 30 %.

Для обеспечения ритмичной работы линии необходимо, чтобы че­рве все операции технологического процесса за определенный проме­жуток времени проходило, по крайней мере, одно и то же количество изделий. В прямоточных линиях этот период времени называется периодом комплектации (R).

Загрузка рабочего на втором станке первой операции за период комплектации неполна (30 %), т. е. рабочий имеет свободное время (70 % периода комплектации), которое может быть использовано на обслуживание станка на второй операции в порядке совмещения про­фессий.

Рассмотрим формирование задела на этих двух операциях в гра­фической форме.

36

К началу периода формирования задела не было, т. е. Z = 0. Затем, пока работают оба станка, т. е. за период времени T_п1, этот задел достигает своего максимума. Число рабочих мест, задейство­ванных в этот период на первой операции  два, а на второй  нуль. Далее второй рабочий с первой операции переходит на более производительную вторую операцию. Максимальный задел, достигнутый к концу периода T_п1, срабатывается к концу периода Т_п2 до нуля. Число рабочих мест, задействованных в период времени Т_п2 на пер­вой и второй операции, равны по одному на каждой. Таким образом в каждом из периодов T_п1 и Т_п2 операции находятся в неизменных условиях по производительности.

Если нормы времени по операциям t₁ = 3 мин, t₂ = 1,6 мин, период комплектования R = 150 мин, то T_п1 = 36 мин, а Т_п2 = 84 мин. За период T_п1 задел достигает своей максимальной величины Z_1макс.

За период T_п2 задел срабатывается до нуля.

Знак “минус” показывает, что при одновременной работе станков на смежных операциях созданный к началу периода задел уменьшается (графическая интерпретация производной).

4.7 Комплексно-механизированное и автоматизированное поточное производство

Одним из основных направлений совершенствования поточного производства является его комплексная механизация и автоматиза­ция. Комплексно-механизированное и автоматизированное поточное производство – это система машин, оборудования и транспортных средств, которая обеспечивает строго согласованное во времени вы­полнение всех стадий процесса изготовления изделий. В комплексе механизированных и автоматизированных поточных линий может быть обеспечена полная синхронизация операций, перемещение предмета труда по операциям без перерывов.

Автоматическая линия, в самом общем виде,  это система ма­шин-автоматов, размещенных по ходу технологического процесса и объединенных автоматическими механизмами и устройствами для реше­ния задач транспортировки, накопления заделов, удаления отходов и изменения ориентации. Автоматические линии оснащены системой уп­равления. На участках гальванопо-

37

крытий машиностроительных заводов используются автоматические линии различных конструкций: нанесе­ние покрытий на мелкие детали в барабанах, подвесочные линии, ли­нии колокольного типа и другие. На всех из них в заданном ритме проходит перемещение обрабатываемых деталей по отдельным операци­ям технологического процесса нанесения металлопокрытия, причем автоматически выдерживается время каждой конкретной операции, будь то обезжиривание, промывка или собственно осаждение металла и даже сушка.

В основном производстве в зависимости от состава оборудова­ния выделяют несколько типов автоматических линий:

• автоматические линии, состоящие из агрегатных станков, ко­торые собирают из унифицированных агрегатных узлов, отлаженных в ранее действовавших системах;

• автоматические линии ив универсальных станков-автоматов и полуавтоматов, оснащенных системами загрузки-выгрузки изделий;

• автоматические линии из специального оборудования, которые являются наиболее эффективными при использовании в условиях мас­сового производства;

• автоматические линии с числовым программным управлением, которое делает их экономически эффективными не только в массовом, но и в мелкосерийном производстве;

• гибкие автоматические линии, состоящие ив многоцелевых станков, представляют собой высокоэффективные автоматизированные гибкие технологические комплексы, управляемые ЭВМ.

В целом же гибкое производство  это производство, которое позволяет за короткое время при минимальных затратах на том же оборудовании, не останавливая его и не прерывая производственного процесса, по мере необходимости переходить на выпуск новой про­дукции произвольной номенклатуры в пределах технических возможностей и технологического назначения оборудования.