2.2.1. Проектирование основных процессов

Проектирование систем осуществляется при создании нового производства или при техническом перевооружении или при реконструкции существующего производственного процесса. Общий порядок проектирования производственных систем приведен ниже:

1. Анализ и оценка объектов производства.

2. Разработка классификаций и группирование деталей.

3. Разработка групповых технологических процессов.

4. Определение типа производства.

5. Определение характера предметной специализации производственной систем.

1. Расчет количества и загрузки технологического оборудования.

2. Формирование парка оборудования по вариантам производственных систем.

3. Пространственная планировка технологического оборудования.

4. Проектирование инструментального обеспечения.

5. Проектирование транспортного обеспечения.

6. Проектирование ремонтного обеспечения.

7. Проектирование системы уборки отходов.

8. Проектирование системы обеспечения смазывающей и охлаждающей жидкости.

9. Проектирование управляюще-вычислительного комплекса.

10. Общая пространственная планировка элементов производственной системы.

При проектировании и перепроектировании существующей производственной системы начальным этапом является анализ производственной структуры, приведенный на рисунке 2.4. По результатам анализа осуществляется синтез производственной структуры.

Рис. 2.29 Анализ производственной структуры

Традиционный анализ производственной структуры предприятия и его подразделений.

Виды аналитических таблиц состава работ и форм специализации представлены в табл. 2.3.–2.4.

Проектирование предприятий, имеющих три стадии производственного процесса, а именно заготовительную, обрабатывающую и сборочную, начинается с проектирования сборочной стадии. Основными признаками при проектировании сборочной стадии отбираются следующие:

1. Серийность выпуска изделий или сборочных элементов (изделия массового и крупносерийного производства, изделия серийного производства, изделия мелкосерийного и единичного производства).

2. Степень постоянства выпуска в производственной программе (регулярно повторяющиеся в производстве, нерегулярно повторяющиеся в производстве, не повторяющиеся)

3. Форма организации сборочного процесса и длительность цикла сборки (изделия поточной сборки, изделия партионной сборки с короткими циклами, изделия партионной сборки или единичные с длительным циклом).

Проектирование обрабатывающей стадии осуществляется в соответствии с алгоритмом проектирования подсистем основного производства, приведенным на рис. 2.5.

Таблица 2.20. Аналитическая таблица для выявления однородных работ в цехах №1 и №2 по продукции цеха №2

№ п/п	Изделие	Диаметр прохода для среды (Dy)	№ детали	Наименование детали	Группа по классификатору	Оборудование по ведущим операциям	Отметка об однородности работ	Количество по программе, шт.	Норма времени, мин.
									на единицу	на программу
1	С	06	05	Золотник	з-4-22	Г. Ф.		13	945	12285
2	Т	15	05	–/–	з-1-37	Т-1	О	32	325	10496
3	Т	25	02	–/–	з-3-95	Т-1		2	180	360
4	Т	70	30	–/–	з-3-95	Т-1		2	240	480
5	У	40	04	–/–	з-3-82	Т-1		20	394	7880
6	Ф	10	09	–/–	з-422	Г. Ф.		14	189	2646
7	Х	6	02	–/–	з-3-67	Т-1	О	116	33,5	3886
8	Ц	6	06	–/–	з-3-93	Т-1	О	82	133	10906
9	Ц	15	06	–/–	з-3-93	Т-1	О	27	173	4671
10	Ц	20	06	–/–	з-1-35	Т-1	О	89	173	15397
11	Ч	25	07	–/–	з-3-82	Т-1		65	39	2535
12	Ш	20	02	–/–	з-3-95	Т-1		91	52	4732
13	Щ	25	02	–/–	з-3-33	Т-1		60	56	3360
14	Э	32	18	–/–	з-3-92	Т-1		36	485	17460
15	Ю	10	04	–/–	з-1-37	Рев.		6	387	2322

Таблица 2.21. Состав работ в механических цехах предприятия «Знамя труда» за месяц

№ п/п	Наименование групп деталей	Цех №1					Цех №2
		число наименований деталей	трудоемкость по программе (в нормо-часах)	в том числе работы, однородные сравнительно с выполняемыми в цехе №2			число наименований деталей	трудоемкость по программе (в нормо-часах)	в том числе работы, однородные сравнительно с выполняемыми в цехе №2
				Число наименований деталей	трудоемкость				Число наименований деталей	трудоемкость
					в н/час.	в % к общей трудоемкости				в н/час.	в % к общей трудоемкости
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 46	Корпуса. . . . . . . . . . . ......... Фланцы. . . . . . . . . . . ......... Крышки и фонари. . . ........ Гайки. . . . . . . . . . . . . ......... Планки. . . . . . . . . . . . ........ Рукоятки. . . . . . . . . . ......... Прокладки. . . . . . . . . ........ Патрубки. . . . . . . . . . ........ Втулки, сальники, кольца. Золотники. . . . . . . . . ......... Шпиндели, штоки. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..................................... Указатели. . . . . . . . . ........	77 38 68 62 12 6 6 33 186 42 74 . . . . . . 5	24033 3956 9695 6958 404 231 58 3519 10514 3517 7846 . . . . . . 20	7 8 14 62 9 5 3 31 165 15 63 . . . . . . 4	1321 946 2580 6958 398 229 52 2448 10116 1613 7188 . . . . . . 18	5,5 24,0 26,0 100,0 99,0 99,0 90,0 98,0 96,0 45,9 91,6 . . . . . . 90,0	28 19 38 42 9 7 10 6 88 15 37 . . . . . . 2	9197 1764 2998 1765 135 359 259 825 2740 1656 2737 . . . . . . 58	6 2 10 42 7 3 7 5 80 6 21 . . . . . . 2	2410 216 694 1765 93 97 224 822 2119 795 1516 . . . . . . 58	26,3 12,3 23,1 100,1 68,8 27,0 86,5 99,9 74,4 48,0 55,5 . . . . . . 100,0

Таблица 2.22. Схема вариантов предметной специализации основных участков на машиностроительном предприятии

Признаки специализации

Характеристика и специализация участка

Продукция

Детали

Узлы и части (агрегата)

Изделия

Стадии производственного процесса, осуществленного на участке

Заготовительная

Обработочная

Заготовительная и обработочная

Обработочная и сборочная

Сборочная

Обработочная и сборочная

Сборочная

Степень замкнутости производственного цикла на участке

Замкнутый цикл

Замкнутый цикл без отдельных операций

Замкнутый

Замкнутый цикл без отдельных операций. Замкнутый цикл.

Замкнутый цикл без отдельных операций

Замкнутый цикл

Степень предметной специализации по номенклатуре продукции

у з к а я

ш и р о к а я

у з к а я

Широкая

у з к а я

ш и р о к а я

Узкая

Широкая

у з к а я

ш и р о к а я

Узкая

ш и р о к а я

Примеры соответствующих участков

Рис. 2.30 Алгоритм проектирования подсистем основного производства

Содержание и основные этапы проектирования организационной структуры цеха приведены на рис. 2.6.

Рис. 2.31 Алгоритм проектирования организационной структуры цеха

Содержание и основные этапы проектирования пространственной планировки цеха приведены на рис. 2.7.

Рис. 2.32 Алгоритм проектирования пространственной планировки цеха

Научная организация производственного процесса в пространстве предполагает создание рациональной планировки цехов, участков, складов, а также рациональное размещение оборудования и рабочих мест в них.

В самом общем виде значение планировки оборудования заключается в том, что она влияет на величину транспортных расходов, на прямоточность, непрерывность и ритмичность производственного процесса, на уровень организации труда и т.д.

Планировка оборудования производственного участка оказывает влияние на результаты его работы. Расстановка оборудования определяет длину транспортных путей при изготовлении продукции, объем грузооборота цеха.

Под грузооборотом понимается общий объем транспортных работ на участке. С увеличением длины транспортного пути возрастает количество потребных транспортных средств, увеличиваются капитальные вложения в эти средства и расходы по их эксплуатации, что приводит к росту себестоимости продукции. Кроме того, с увеличением длины транспортировки изделий растет длительность цикла их изготовления, увеличивается размер и стоимость незавершенного производства предприятия, а следовательно, и вложения предприятием в оборотные средства.

Таким образом, для цехов, участков, и многономенклатурных поточных линий наиболее целесообразным критерием оптимальности решения рассматриваемой задачи является минимизация объема грузооборота продукции Q.

При решении задачи возможны два подхода. Во-первых, традиционная расстановка оборудования участка по группам одноименных станков, например, группа токарных, револьверных, фрезерных, расточных станков и т.д. Во-вторых, современный подход к организации производственного процесса в пространстве, выражающийся в цепной расстановке станков, последовательно взаимосвязанных целевым выполнением определенного набора детале-операций.

Решение задач планирования оборудования является многовариантным. Число возможных вариантов расположения оборудования П на участке из К станков определяется количеством возможных сочетаний П=К.

Следовательно, для решений данной задачи необходимо использовать методы математического программирования, которые позволяют существенно сократить число переборов вариантов планирования и отобрать из них наилучший.

Для решения задач с большим количеством вариантов в настоящее время разработаны и применяются на практике следующие методы:

1) группировки; 2) математико-логический; 3) статистического моделирования (метод Монте-Карло); 4) перестановок; 5) квадратичного программирования; 6) "ветвей и границ"; 7) размыкание контура графа.

Каждый метод имеет свои границы рационального применения. В основе методов группировки и математико-логического лежит идея размещения рабочих мест в последовательности уменьшения грузонапряженности получаемых материальных потоков.

Метод статистического моделирования за последние годы стал широко применяться при решении большого количества экономических задач. Суть данного метода применительно к данной задаче заключается в том, что каждое рабочее место размещают по площадкам с помощью случайного выбора, причем механизм этого выбора построен так, чтобы обеспечить равновероятную возможность попадания на любую, еще не занятую площадку любого еще не установленного рабочего места.

В методике перестановок "оптимален вариант" планировки отыскивается с помощью упорядоченного (направленного) перебора относительно некоторой начальной планировки оборудования. Исходя из нее, на первой итерации последовательно осуществляют перестановку двух рабочих мест и, для каждой выполненной перестановки подсчитывают суммарный объем грузооборота. После выполнения S(S-1)/2 числа перестановок отбирают вариант планировки оборудования, для которого значение Q является минимальным. Полученную планировку на второй итерации принимают за исходную и вновь в принятом порядке осуществляют процесс перестановки оборудования. Последующие итерации выполняют аналогично второй.

В методе квадратичного программирования целевая функция представляется в явном виде как квадратичная, на которую накладываются линейные ограничения. Однако практическая реализация данного метода, разрешаемого с помощью аппарата линейного программирования, затруднена сложной структурой и большим размером матрицы задачи, что влечет за собой значительный объем вычислений.

Метод "ветвей и границ" представляет собой целенаправленные поиски возможных решений. В практической реализации этот метод, так же, как и предыдущий, требует большого числа вычислительных операций.

Метод размыкания контуров графа, являющийся одним из разновидностей метода "ветвей и границ", всегда обеспечивает получение оптимального решения.

Сравнительный анализ различных методов решения задачи нахождения оптимальной планировки оборудования по двум признакам: степени приближения результатов решения к оптимуму, с скорости решения (по затратам времени на ЭВМ) показывает, что по точности наилучшими являются метод "ветвей и границ" и метод размыкания контуров графа. Они обеспечивают строгую и полную сходимость результатов вычислений к оптимальному решению. Несколько менее точен метод квадратичного программирования, но он дает пренебрежительно малые отклонения от оптимума. Еще менее точные результаты дает метод перестановок. При использовании этого метода процесс вычислений обычно заканчивается на каком-то локальном оптимуме.

Примерно таким же, но практически вполне удовлетворительные по точности, результаты дают метод статистического моделирования, математико-логический метод и метод группировки.

По скорости решения рассмотренные методы соотносятся в обратной последовательности к точности даваемых ими результатов.

Исходя из реальных условий работы предметно-замкнутого участка с большой номенклатурой деталенаименований, часть которых периодически снимается с производства и заменяется новыми деталенаименованиями, как правило, с измененными маршрутами обработки, достижение высокой точности расчетов не имеет смысла. В этом случае определяющим критерием выбора метода является скорость и простота расчета на ЭВМ. Следовательно, принимаем метод направленного перебора – метод перестановок.