Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

621.

П

В.А. Горшков

Технологические основы гибких производственных систем

Учебное пособие

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2012

УДК 621.

Горшков В.А. Основы обеспечения качества: Учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – с.

В пособии приведено обоснование необходимости внедрения на российских предприятиях «Бережливого производства» (“Lean production” или “Lean manufacturing”). Приведена краткая история создания производственной системы фирмы Тойота. Дано описание принципов внедрения «Бережливого производства» на предприятиях.

В пособии приведены практические рекомендации по внедрению методик «Бережливого производства»: управление деятельностью в офисе (TSM), самоорганизации (5S), картографии потока создания ценности (VSM), всеобщего обслуживания оборудования (ТРМ) и др. В пособие включены формы (рекомендуемые) ряда документов, применяющихся в методиках, а также примеры их заполнения.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности

Ил. 59. Табл. 8. Список лит. – 7.

Одобрено учебно-методической комиссией машиностроительного факультета филиала ЮУрГУ в г. Миассе.

Рецензенты:

Часть I технологические основы гибких производственных систем

Для того, чтобы выжить в условиях жесткой конкуренции, присущей рыночной экономике, предприятиям необходимо постоянно удовлетворять требования потребителей, причем так, чтобы быть впереди других предприятий.

Потребителю нужна продукция (или товар) с одной стороны высокого качества, а с другой – по минимальной цене. Причем он ее хочет иметь в тот момент, когда в ней возникла необходимость. Т.е. потребитель, приходя на рынок, приобретает то, что удовлетворяет его и имеет минимальную цену.

Производитель же хочет от реализации своей продукции получить максимальную прибыль, для чего старается реализовать ее по максимальной цене.

Однако, на рынке много однотипной продукции и потребитель, имея выбор, берет ту, которая устраивает его по соотношению «цена – качество». Таким образом, производитель вынужден продавать свою продукцию по той цене, которая сложилась на рынке, а не по той, которую он изначально надеялся получить за нее.

Для того чтобы получить хорошую прибыль, производитель должен, скорее вынужден, снижать свои издержки.

Цена товара для производителя:

Цп =С+П (1)

Где: Цп – цена товара для производителя;

С – себестоимость товара;

П – прибыль, которую хочет получить производитель.

Себестоимость складывается из следующих затрат и определяется по формуле:

С=Зм+Зкп+Зн+Ззп (2)

Где: Зм – затраты на сырье, материалы и комплектующие;

Зкп – затраты капитальные и на производство (энергия, инструмент, обслуживание, изготовление продукции и т.п.);

Зн – накладные затраты, непосредственно не связанные с производством (управление, реклама, маркетинг, снабженческо – сбытовые, хранение и доставка и т.п.);

Ззп – затраты на оплату труда персонала.

Как правило на рынке:

Цр<Цп или Цр=Цп (3)

Где: Цр – цена, сложившаяся на рынке.

Производитель понимает, что для сохранения прибыли, ему необходимо снижать себестоимость, т.е. собственные затраты.

Из формулы (2) видно, что в принципе производитель может добиться снижения всех членов, входящих в формулу:

Зм – за счет поиска поставщиков с более низкими ценами;

Зкп – за счет автоматизации процессов (особенно это эффективно в массовом, крупносерийном и непрерывном производстве), т.к. автоматизация существенно повышает производительность и затраты на производство единицы продукции падают, кроме того уменьшается потребность в рабочей силе;

Зн – накладные затраты могут не уменьшиться, а возрасти;

Ззп – затраты на оплату труда персонала уменьшаются за счет уменьшения численности.

Технологические процессы и средства производства сегодняшнего дня и обозримого будущего невозможны без участия человека. По степени и характеру участия человека технологические процессы можно разделить на группы:

1. Ручные – человек и исполнитель и источник энергии, при необходимости (а это практически всегда) он использует инструменты и приспособления. Копка земли – лопата, забивание гвоздей – молоток, прополка – мотыга и т.п. Без инструмента производится, например, ручная прополка.

2. Механизированные – когда средства технологического оснащения (производства) имеют подвод энергии извне, привод и устройства для выполнения основных функций. Человек выполняет вспомогательные действия (настройка, загрузка, съем готовой продукции), управление и контроль. Примером может служить токарный или любой другой станок.

3. Автоматизированные – когда человек не посредственно исполнителем операций технологического процесса не является. За ним остается только функция наладки средств производства и контроль за их функционированием. Есть процессы, где человек в принципе не может находиться. Например: изготовление элементов электронной техники, где элементы имеют субмикронные размеры, требования по чистоте не позволяют присутствия человека, кроме того многие процессы, например, нанесение всевозможных пленок, идут в вакууме.

Производственный процесс – это совокупность действий людей и орудий труда (средств производства), необходимых на данном предприятии.

Общемировая тенденция развития производственных процессов идет в направлении сокращения ручного и механизированного труда, т.е. в направлении его автоматизации.

Автоматизация производственных процессов – это совокупность мероприятий по разработке прогрессивных технологий, созданию и внедрению высокопроизводительных средств производства, выполняющих основные технологические и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.

Все взаимодействия в рамках производственного процесса являются технологическими, т.е. понятие технологии является всеобъемлющим.

Технология – это комплекс целенаправленных методов и средств, объединенных последовательностью действий.

В любой технологии имеются:

- многократные действия, следующие друг за другом;

- объекты воздействия, претерпевающие целенаправленные изменения;

- материализованные средства технологического оснащения, посредством которых реализуются воздействия на объекты.

Под такие понятия и определения подпадают все проявления человеческой деятельности в самых разных направлениях, а именно:

- материального производства;

- политической деятельности;

- банковской и финансовой деятельности и т.п.

В машиностроении технологический процесс – это последовательная реализация целенаправленных методов получения заданной продукции путем применения средств технологического оснащения. Методы и средства технологического оснащения определяются их целевой направленностью.

В машиностроении используются технологии конструкционных материалов: литье, прокатка, обработка давлением (ковка, штамповка), механическая обработка, сборка и т.п.

Технологический метод для технологии конструкционных материалов – это совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при формообразовании, обработке или сборке, перемещении, в т.ч. технологический контроль и испытания, установленные безотносительно к наименованию, типоразмеру или исполнению изделия.

Технологические процессы – многооперационны.

Операция – составная часть процесса, характеризуемая идентичностью и законченностью воздействия во времени и в пространстве.

При механической обработке все действия выполняются на одном станке, на одном рабочем месте, например, токарная обработка, фрезерная, шлифовка и т.п.

Основные виды технологий и средств технологического оснащения.

1. Технологии воздействия на материальные потоки в целях изменения свойств конструкционных материалов, размеров, формы, химического состава, физических свойств. В металлообработке это процессы: плавки, литья, сварки, резания, штамповки, термообработки, сборки деталей и узлов. Средства технологического оснащения при металлообработке: - прокатные станы; - литейные машины; - прессы, металлорежущие станки; - термические печи; - инструментальные комплексы и комплекты технологической оснастки; - средства измерения и устройства для измерения и т.п. Единица оборудования, как правило, выполняет одну операцию (печь, станок, пресс и т.п.). Технологический процесс реализуется технологическим комплексом оборудования.

2. Технологии воздействия на материальные потоки в целях непосредственного обеспечения основных операций: подача, закрепление, ориентация, транспортирование между операциями и т.п. Средства оснащения: - для загрузки: бункеры, магазины, манипуляторы и т.п.; - для закрепления: кулачковые, цанговые патроны, тисы и т.п.; - для поворота и фиксации: мальтийские, кулачково-цевочные устройства и др.; - для транспортирования: различные транспортеры и т.п.

3. Технологии воздействия на материалы на межоперационном уровне: транспортирование материалов и комплектующих, складирование, накопление, удаление отходов производства и т.п. Средства оснащения: - различные транспортеры, конвейеры и т.п.; - грузоподъемные механизмы: краны, тельферы, кантователи и т.п.; - магазины-накопители, склады (в т.ч. автоматизированные) материалов, комплектующих, готовых изделий; - транспортеры удаления стружки, обрезков и т.п.

4. Энергетические технологии подачи потоков энергии для выполнения операций преобразования и перемещения изделий (электроэнергия, газ для печей, сжатый воздух и т.п.).

5. Энергетические технологии обеспечения функционирования производства на предприятии (электроэнергия, горячее и холодное водоснабжение, газоснабжение и т.п.). Технические средства: энергохозяйство предприятия (подстанции, электросети, водопровод, станция сжатого воздуха, газопровод и т.п.). Все, что входит в службу главного энергетика.

6. Информационные технологии для решения задач технологического управления операциями и средствами производства. Технические средства: аппаратная составляющая (микропроцессоры, ЭВМ (сервер), сети, связывающие ЭВМ со средствами производства) и программное обеспечение, иначе говоря, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП).

7. Информационные технологии организационного управления предприятием в целом, его подразделениями и их функционированием (планирование, материальное обеспечение процесса производства, координация работ, управление финансовыми потоками и т.п.).

Технические средства: ПЭВМ, сети, связывающие ПЭВМ с сервером, информационные системы (например, комплексная информационная система БААН), программное обеспечение и т.п.

Существует условное деление технологических процессов на основные, вспомогательные и обслуживающие (такое деление сформировались в начале 20-го века). При этом к основным относили процессы, связанные с операциями формообразования (изготовление деталей) и сборки, а также процессы, связанные с готовой продукцией: упаковка, обеспечение сохранности, транспортировка, сервисное обслуживание, ремонт, утилизация. Основные процессы, это процессы, создающие ценность для потребителя. Процессы, связанные с загрузкой, транспортированием, управлением станками и подразделениями, а также ремонтом оборудования, зданий и сооружений, относили к вспомогательным и обслуживающим.

В настоящее время ситуация изменилась и важнейшими начинают считать информационные технологии, а не материальные. При этом в понятие «производственный процесс» вкладывают смысл, что это процесс преобразования цифровой информации в аналоговую форму и обратно. Действительно ЭВМ перерабатывают при управлении производственными процессами информацию в цифровой форме, а изготовленные детали – это аналоговые носители информации. Главное звено в производственном процессе – это компьютер, а станок – это технологический объект управления.

Наверное, правильнее будет считать все технологические процессы (обработка, транспортирование, управление) одинаково важными и необходимыми при создании продукции, востребуемой потребителем.

Традиционные средства автоматизации наиболее эффективны в массовом, крупносерийном и непрерывном производстве. Средства автоматизации при этом используются специальные, т.е. применяющиеся только в данном производстве. Такой подход имеет следующие ограничения:

- быстрое моральное старение оборудования;

- длительный срок и высокая стоимость освоения продукции;

- ограниченные возможности для операций, требующих гибкости в процессе их выполнения (сборка, контроль, ремонт).

Эти ограничения, а также тот факт, что около 80% мирового производства осуществляется сериями от 10 до 50 изделий, заставили искать новый подход к автоматизации.

Преодолеть ограничения, связанные с традиционным подходом к автоматизации позволяет гибкое автоматизированное производство (ГАП).

Это производство включает в себя две части:

1. Гибко автоматизированную производственную часть, реализующую технологический процесс изготовления изделий.

2. Системы автоматизированной разработки подлежащих изготовлению изделий (САПР) и автоматизированной подготовки производства (АСТПП), которые реализуются с помощью автоматизированных рабочих мест (АРМ). Эти части связываются между собой автоматизированной системой управления (АСУ), реализуемой с помощью ЭВМ. Очевидно, что все эти системы должны использовать взаимно совместимые программные продукты. Идеальное ГАП позволяет:

- обеспечить «гибкость» и автоматизировать производство изделий сколь угодно малыми партиями с минимальным временем перехода от выпуска одних изделий на выпуск других;

- обеспечить себестоимость и производительность близкую к массовому производству;

- создать практически «безлюдное» производство, т.к. работников в ГАП почти на 2 порядка меньше, чем в обычном;

- произвести комплексную автоматизацию всего предприятия в части: разработки конструкторской (КД) и технологической документации (ТД), подготовки производства, выполнения технологических процессов изготовления изделий, планирования и управления производством в целом.

Таким образом, в ГАП на входе получают техническое задание (ТЗ) на разработку нового изделия, а на выходе ГАП выдает новую продукцию в готовом виде. Весь процесс может идти круглосуточно и на безбумажной основе.

Понятие «гибкость производства» можно определить как возможность быстрой реакции на следующие внешние и внутренние возмущения:

- по заданию извне переходить на выпуск новой продукции в пределах заданной номенклатуры путем смены управляющих программ, а при изменении номенклатуры – путем изменения состава используемого технологического оборудования;

- при выходе из строя отдельных единиц оборудования или других частей производства быстро осуществлять их замену.

В мелкосерийном производстве «гибкость» определяется числом типов изделий, которые можно изготовить только за счет смены программ. На практике: это 10-ки типов изделий и сотни их модификаций.

Выгоды от внедрения ГАП

1. Повышение конкурентоспособности продукции за счет быстрой сменяемости изделий, повышения их качества, экономии ресурсов и труда.

2. Рост производительности.

3. Стабилизация производства и ускорение оборачиваемости капитала.

4. Повышение эффективности использования рабочей силы.

5. Создание новых технологических процессов и производств. Недостатки ГАП

Основным недостатком ГАП являются большие единовременные капитальные вложения, т.к. оборудование для ГАП является очень дорогим. В условиях нестабильной ситуации в мировой экономике становиться, весьма проблематичным обеспечить быструю окупаемость средств, вложенных в модернизацию производства.

ГАП и российское машиностроение

Внедрение ГАП на российских машиностроительных предприятиях помогло бы решить многие их проблемы. Дело за малым: где взять деньги на внедрение? Дело в том, что внедрение ГАП требует значительных капиталовложений. Мировой экономический кризис 2008г. поставил отечественное машиностроение на колени. Произошел резкий спад производства: снижение объемов производства доходило до 70 – 80%. Обещанная государством помощь реально до заводов не дошла. Банки практически не дают кредиты, иностранных инвестиций, также ждать не откуда. В 2010г. предприятия начали очень медленно оправляться от кризиса. Очевидно, что в период резкого снижения продаж, о внедрении ГАП не может быть и речи, т.к. оно требует больших единовременных капиталовложений и длительного срока внедрения. При этом возможность вернуть вложения в обозримом будущем из-за спада производства становиться весьма проблематичной.

История знает пример выживания и, более того, развития предприятия до мирового уровня, когда оно было практически в таком же состоянии, как многие российские предприятия сейчас. Это известная во всем мире японская фирма «Тойота», которая создала систему «бережливого производства» и из предприятия, находящегося на грани краха, превратилась в одну из ведущих автомобильных фирм мира.