Варианты компоновки цехов показаны на рис. 9.3 [1]
9.2 Основные принципы, компоновочные и планировочные решения при проектировании поточного автоматизированного производства [1, c.145-150]
Проектирование компоновки – это определение конструктивных основных схем автоматизированной технологической системы и ее основных характеристик:
вида транспортной системы;
принятие решений о стратегии размещения оборудования;
принятие решений по размещению основного и вспомогательного оборудования.
Структурной единицей поточной технологической системы является участок.
Участок – это группа станков, объединенных общим транспортным средством, имеющих независимую систему приводов и управления. Для участка характерны следующие признаки:
общая транспортная система;
для системы управления верхнего уровня участок является единым объектом управления;
фиксированный вход и выход грузопотоков;
может иметь собственные входной и выходной склады заготовок, полуфабрикатов, оснастки, деталей;
занимает площадь, ограниченную контуром простой конфигурации (обычно прямоугольный).
Методика формирования участков в автоматизированном поточном производстве ориентирована на использовании средств вычислительной техники и состоит из этапов генерации возможных вариантов компоновки поточной автоматизированной технологической системы (системы автоматических линий) и последующего отбора лучших вариантов системы по ряду критериев.
Исходными параметрами для определения множества возможных вариантов планировки участка являются: тип транспортной системы; число рабочих позиций (q); число участков (n); число станков – дублеров (m); число параллельно работающих линий (Р);
Возможные варианты планировочных схем транспортных систем показаны на рис. 9.4.
Число рабочих позиций m определяется степенью дифференциации технологического процесса. Критерием здесь является производительность.
Поточная линия – это последовательная технологическая система, поэтому ее производительность определяется наиболее длительной по времени операцией. Дифференциация операций позволяет уменьшить длительность операций, но приводит к увеличению числа станков в линии.
Число участков n определяет вид связи между станками линии, если вся линия состоит из одного участка, то все они оказываются жестко связанными между собой. Это существенно отражается на надежности, а в конечном итоге и на производительности линии.
Другой крайний вариант, когда n = m это гибкая связь. В этом случае при наличии накопителей (межоперационных складов) возможна не синхронизированная работа всех станков линии.
Число станков – дублеров (число потоков) определяют из тех же соображений, что и число рабочих позиций. Оценочным критерием в этом случае является стоимость линии.
Последовательность выбора варианта состава и планировочного решения автоматизированной поточной линии следующая:
по критерию удельных капиталовложений выбирают вид транспортной системы, и весь дальнейший выбор основывается на постоянстве транспортной системы;
выбирают варианты максимальной производительности по выпуску готовых изделий, по критерию оптимальности выбирают число участков и по критерию минимума затрат выбирают окончательный вариант (таблица 9.4).
Типовую последовательность планировки автоматизированного участка устанавливают, исходя из критерия минимизации грузопотока:
размещают цеховой склад металла и заготовок вместе или в соседнем пролете с заготовительным отделением (его располагают в начале механического цеха – поперек пролетов или в отдельном поперечном проходе);
вдоль склада устанавливают проезд шириной не менее 4 м, условие его размещения – удобство транспортирования заготовок и материалов;
размещают основное оборудование, предусматривая возможность транспортирования оборудования при его монтаже, технологические потоки могут быть направлены как вдоль, так и поперек пролетов;
в конце станочного отделения должен быть проезд шириной не менее 4 м для транспортирования готовой продукции, за проездом располагают контрольное отделение и параллельно ему склад готовой продукции.
Планировка – это заключительный этап проектирования технологической системы. Рассмотрим этот этап на примере системы переналаживаемых автоматических линий (СПАЛ), которые являются основой для серийного и крупносерийного производства (рис. 9.5 [1]). Очевидно, что возможные различия вариантов планировки СПАЛ можно объединить в две группы по признаку принадлежности к статьям калькуляции: капитальные вложения; эксплуатационные расходы.
Проектирование планировки поточных автоматизированных технологических систем производят за три этапа:
уточняют структуру участков и размещение основного оборудования каждого участка, определяют габаритные размеры участков;
размещают участки на отдельной площади;
размещают элементы вспомогательного оборудования на участках с учетом ориентации и взаимного расположения участков.
При размещении оборудования на отведенной площади необходимо учитывать целый ряд конструктивных ограничений.
Поскольку основной грузопоток в цехах приходится на технологический процесс, поэтому размещение вспомогательных служб цеха следует производить после размещения подразделений, связанных с технологическим процессом, и размещать их в пристройках к основному зданию цеха (рис. 9.6 [1]).
Размещение пристроек определяется следующими факторами:
количеством и направлением людских потоков между пристройками и участками цеха (если в пролетах, примыкающих к пристройке, нет проходов и проездов требуемой ширины, то размещение пристроек рядом исключается);
ограничением пристройкой возможности расширения производственного помещения;
необходимостью дополнительных строительных элементов в примыкающих к пристройке пролетах.
Оценка значимости этих факторов определяется условиями конкретного проекта.
Инструментальные раздаточные кладовые (ИРК) размещают рядом с участками цеха, где используется наибольшее количество инструмента. Контрольные пункты и отделения следует размещать рядом с обслуживаемыми ими участками по ходу технологического процесса.
Варианты возможных планировок участка можно оценивать с помощью различных видов моделей: аналоговых, натурных и математических.
В аналоговых моделях производится замена свойств изучаемых объектов свойствами модели, а при нахождении решения осуществляется обратное преобразование к свойствам моделируемого объекта. Критериальная зависимость моделируется некоторым физическим законом, например, на аналоговых вычислительных машинах.
Натурные модели – это двух – или трехмерные представления объектов в определенном масштабе (они получили наибольшее распространение). При двухмерном натурном моделировании на изображенном в масштабе поле размещения (площади участка, цеха) проектировщик расставляет контурные модели объектов – темплеты. Темплеты отображают в масштабе поля размещения размеры основного и вспомогательного оборудования цеха. Полученные варианты планировок размещения оборудования в цехе фотографируют (при разработке планировки на ЭВМ с нее просто делают копию), а затем выбирают оптимальный вариант.
При использовании метода натурных моделей проектировщик (инженер - технолог) руководствуется набором эвристических правил размещения оборудования, разработанных в процессе проектирования аналогичных проектов.
Применение трехмерных моделей оборудования, заложенных в базу данных ЭВМ, позволяет вести создание планировок на дисплее ЭВМ в режиме диалога. При этом оперативно определяются такие параметры размещения как площадь и объем здания, занимаемые оборудованием, длину транспортных путей, расстояния между объектами и их удаленность от строительных конструкций здания по ширине и высоте.
Математические модели применяют при аналитических расчетах оптимального размещения оборудования технологических систем. Они требуют формальной постановки задачи проектирования планировки, т.е. необходимо определить состав управляемых и неуправляемых переменных и найти математическое выражение для критерия качества проектирования. При создании адекватности разработанной модели реальной задаче этот метод дает наилучшие результаты по эффективности и качеству получаемых решений. Использование математической модели совместно с интерактивной машинной графикой позволяет добиться не только оптимальности планировки по критерию качества проектирования, но и внести в них коррекцию с точки зрения неформализованных эргономических и эстетических критериев (проектировщик может промоделировать пространственное размещение объектов цеха, учитывая освещенность и другие эстетические показатели).