10. Расчет потребного количества оборудования и рабочих мест

Применение методов расчета потребного количества оборудования зависит от характера производства и требуемой точности расчета.

1. В условиях массового и крупносерийного производства при непоточной форме организации изготовления расчет производится следующим образом:

1. Составляется подробный техпроцесс для каждой детали.

2. Для каждой операции определяется модель станка и штучно-калькуляционное время (для массового производства – штучное).

3. Операции, где используются станки одной модели, группируются (в качестве примера см. табл. 10.1, 3-й столбец) и рассчитывается суммарное штучно-калькуляционное время для всей группы операций для одной детали (4-й столбец), для годовых программ каждой детали (6-й столбец) и годовой программы всех деталей (7-й столбец).

Таблица 10.1

Расчет трудоемкости для крупносерийного производства

(к примеру расчета количества станков)

Модель станка	Номер (наименование) детали	Номера операций	Суммирование штучно-калькуляционного времени tшт.-к. операций с использованием одной и той же модели станка, мин	Годовая программа детали, шт.	Трудоемкость годовой программы детали, мин	Трудоемкость годовой программы для станка, ТNшт.-к. ст, мин
1	2	3	4	5	6	7
16К20	Вал №1	1,2,5,7	2+1,2+3,3+4=11	10000	110000	380000
	Вал №2	1,4,5	2,4+3,1+8=13,5	20000	270000
6Н82	Вал №1	3,6	4,2+5,1=9,3	10000	93000	245000
	Вал №2	2,7	5+2,6=7,6	20000	152000
2125	Вал №1	4	1,3	10000	13000	73000
	Вал №2	5,8	0,8+2,2=3	20000	60000
Общая трудоемкость годовой программы всех деталей ТΣN шт.-к.					11633,33ч	11633,33 ч

4. Рассчитывается количество станков каждой модели

С_р = Т_{N шт.-к. станка} / F_{д m} , (10.1)

где Т_{N шт.-к. станка} – трудоемкость обработки годовой программы всех деталей на данной модели станка, ч.; F_{д m} – действительный годовой фонд времени работы оборудования при соответствующем количестве смен m в сутки, ч.

5. Принимается требуемое количество станков С_пр , которое должно быть целым числом. При округлении до ближайшего меньшего целого числа переработка на один станок не должна превышать 10 %. Например, при С_р=10,9 шт. можно взять (принять) С_пр=10 станков, и переработка составит 9 %. При С_р=5,6 шт. необходимо взять С_пр=6 станков, т. к. при С_пр=5 станков переработка составит (0,6/5)×100 % = 12 %, что недопустимо. Переработка обычно компенсируется за счет увеличения режимов резания, и в первую очередь за счет увеличения подачи (она меньше влияет на стойкость инструмента по сравнению со скоростью резания) при увеличении радиуса округления режущей кромки резца для сохранения требуемой шероховатости поверхности. Если этого недостаточно, то увеличивают скорость резания, но это приведет к уменьшению стойкости инструмента. Оптимальный коэффициент загрузки оборудования (К_з= С_р /C_пр) составляет 0,9…0,95.

2. В условиях единичного и мелкосерийного производства расчет ведется по детали-представителю:

• Для каждой модели станка рассчитывается трудоемкость обработки детали-представителя на данной модели станка t_{шт.-к.станка}, мин.

• Определяется коэффициент использования данной модели оборудования

α_станка= t_{шт.-к. станка} /T_{шт.-к.предст.} , (10.2)

где T_{шт.-к.предст.} – общая трудоемкость одной детали-представителя, мин.

• Рассчитывается общее количество станков

С_р = Т_{ΣN шт.-к.} / F_{д m} , (10.3)

где Т_{ΣN шт.-к.} – трудоемкость обработки годовой программы всех деталей в группе, ч; F_{д m} – действительный годовой фонд времени работы оборудования при соответствующем количестве смен m в сутки, ч.

• Рассчитывается количество станков каждой модели

С_{р станка}= С_р× α_станка . (10.4)

• Определяется принятое количество станков каждой модели С_{пр станка} с учетом допустимой переработки 10 %.

• Рассчитывается общее принятое количество станков как сумма принятого количества станков каждой модели

С_{пр Σ} = Σ С_{пр станка .} (10.5)

Рассмотрим пример расчета в условиях мелкосерийного производства.

1. Для детали-представителя подробно проектируем техпроцесс и результаты расчёта трудоёмкости выполнения каждой операции заносим в табл. 10.3, группируя по моделям применяемых станков.

Часто приходится сначала вычерчивать комплексную деталь, содержащую все виды обработки, используемые в проектируемом цехе. Эта комплексная деталь обрабатываться в реальности не будет, поэтому в табл. 10.3 она будет стоять под номером 0 и трудоёмкость изготовления годовой программы рассчитывать не надо.

Таблица 10.2

Расчет трудоемкости для мелкосерийного производства

Модель станка	Номер (наименование) детали	Номера операций	Суммирование tшт.-к. операций с использованием одной и той же модели станка, мин
1	2	3	4
16К20	комплексная	1, 2, 5, 7	2+1,2+3,3+4=11
6Н82	комплексная	3, 6	4,2+5,1=9,3
2125	комплексная	4	1,3
Трудоемкость обработки одной детали, мин			Tшт.-к. компл. = 20,6

2. Рассчитываем коэффициенты использования каждой модели оборудования по формуле (10.2):

α_16К20= t_{шт.-к. 16К20} /T_{шт.-к. предст.}= 11/20,6 = 0,53;

α_6Н82= t_{шт.-к. 6Н82} /T_{шт.-к. предст.}= 9,3/20,6 = 0,45;

α₂₁₂₅= t_{шт.-к. 2125} /T_{шт.-к. предст.}= 1,3/20,6 = 0,06.

Проверка: Σα_ст. = 0,53+0,45+0,06 = 1,04 ≈ 1.

3. Для всех деталей группы, для которой спроектировали технологический процесс комплексной детали (детали-представителя) и выполнили расчёт трудоёмкости выполнения каждой операции (смотри табл. 10.2), составляем таблицу 10.3, необходимую для расчёта трудоёмкости изготовления годовой программы всех деталей группы по приведенной программе.

После расчёта общего коэффициента приведения для каждой детали рассчитываем трудоёмкость их обработки.

Например, трудоёмкость обработки детали № 1 (j = 1)

Т_шт.к 1 = Т_{шт.к j=0 (комплексная деталь)} × К_пр j=1 = 20,6 × 0,924 = 19,03 мин.

Трудоёмкость обработки детали № 3 (j = 3)

Т_шт.к 3 = Т_шт.к 0, × К_пр 2 = 20,6 × 1,4 = 28,84 мин.

Подробно расчет трудоёмкости по приведенной программе рассмотрен ранее в разделе «Исходные данные для проектирования».

Таблица 10.3

Расчет трудоёмкости обработки годовой программы всех деталей группы конструктивно-технологического сходства при мелкосерийном производстве

№ дета-ли	Вес детали, кгс	Коэффициент приведения по весу, Км j	Годовая программа выпуска, Nj, штук	Коэффициент приведения по серийности, Кс j	Средний квалитет и кофф. точности	Средняя шероховатость, Ra, мкм, и кофф. шероховатости	Коэффициент приведения по сложности, Ксл j	Общий коэффициент приведения, Кпр j	Трудоёмкость изготовления одной детали, Тшт.к j., минут	Трудоёмкость изготовления годовой программы детали, ТN шт.к j., минут
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0	5	1	1000	1	8→1,5	2,5→ 1,1	1	1	20,6	расчёт не требуется
1	7	1,25	500	1,12	11→1,0	10→ 0,9	0,66	0,924	19,03	9517,2
2	5	1	1000	1	8→1,5	2,5→ 1,1	1	1	20,6	20600
3	7	1,25	500	1,12	8→1,5	2,5→ 1,1	1	1,4	28,84	14420
4	5	1	1000	1	7→2,0	2,5→ 1,4	1,7	1,7	35,02	35020
5	7	1,25	500	1,12	7→2,0	2,5→ 1,4	1,7	2,38	49,03	24514
6	2	0,54	2000	0,97	11→1,0	10→ 0,9	0,66	0,35	7,12	14240
7	7	1,25	500	1,12	11→1,0	10→ 0,9	0,66	0,924	19,03	9517,2
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
j	7	1,25	500	1,12	8→1,5	2,5→ 1,1	1	1,4	28,84	14420
							Итого: ТΣN шт.к. = ΣТN шт.к j.			50620 ч.

Таблица 6.1. Коэффициенты точности и

Средний квалитет	6	7	8	11	12	13
или	3,0	2,0	1,5	1,0	0,8	0,7

Таблица 6.2. Коэффициенты шероховатости и

Средняя шероховатость, Ra, мкм	20	10	5	2,5	1,25	0,63
или	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6

3. Рассчитываем общее количество станков по формуле (10.3)

С_р = Т_{ΣN шт.-к.}/ F_{д m} = 50620/ 4060 = 12,5 шт ,

где Т_{ΣN шт.-к.} - трудоемкость обработки годовой программы всех деталей в группе конструктивно-технологического сходства; F_д m = 4060 ч. – действительный годовой фонд времени работы оборудования при двухсменной работе.

4. Рассчитываем количество станков каждой модели С_{р станка} по формуле (10.4) и назначаем принятое количество станков одной и той же модели С_{пр станка}:

С_{р 16К20}= С_р× α_16К20= 12,5 × 0,53 = 6,6 шт.; С_{пр 16К20} = 6 шт.

С_{р 6Н82}= С_р× α_6Н82= 12,5 × 0,45 = 5,6 шт.; С_{пр 6Н82} = 6 шт.

С_{р 2125}= С_р× α₂₁₂₅= 12,5 × 0,06 = 0,75 шт.; С_{пр 2125} = 1 шт.

5. Рассчитываем общее количество станков

С_{пр Σ} = Σ С_{пр станка}= 6 + 6 + 1 = 13 шт.

3. Для поточного производства расчет количества станков ведется по каждой операции по штучному времени и через такт запуска:

С_р= t_шт / τ_зап . (10.6)

Перед расчетом количества станков техпроцесс необходимо синхронизировать. Синхронизация техпроцесса – это выравнивание длительности операций до величины, равной или кратной такту.

После составления техпроцесса и его нормирования обычно длительность операций различна. В этом случае оборудование, где выполняются операции с малым штучным временем, будет простаивать, ожидая очередную деталь.

Пример составления техпроцесса обработки детали (рис. 10.1).

Техпроцесс №1

Рис. 10.1. Эскиз детали

Операция 1 (фрезерно-центровальная)

1. Фрезеровать торцы 1 и 5 одновременно.

t_шт = 2 мин.

Операция 2 (токарная)

1. Обточить поверхность 2.

t_шт = 1 мин.

Операция 3 (токарная)

1. Обточить поверхность 3.

2. Обточить поверхность 4.

t_шт = 3 мин.

В техпроцессе №1 длительность операций различна. Чтобы выровнять длительность, можно переход №1 из 3-й операции перенести во вторую операцию. Тогда новый техпроцесс будет иметь одинаковую продолжительность операций (t_шт = 2 мин) и такт можно принять равным двум минутам.

Пример составления нового техпроцесса обработки детали (см. рис. 10.2).

Рис. 10.2. Эскиз детали

Техпроцесс №2

Операция 1 (фрезерно-центровальная)

1. Фрезеровать торцы 1 и 5 одновременно.

t_шт = 2 мин.

Операция 2 (токарная)

1. Обточить поверхность 2.

2. Обточить поверхность 3.

t_шт = 2 мин.

Операция 3 (токарная)

1. Обточить поверхность 4.

t_шт = 2 мин.

Способы синхронизации техпроцесса:

1. Перегруппировка переходов по операциям.

2. Изменение режимов резания.

3. Применение на лимитирующих операциях (с большим t_шт) инструментальных материалов с большей стойкостью.

4. Применение на лимитирующих операциях многолезвийных или комбинированных инструментов, позволяющих вести одновременную обработку нескольких поверхностей.

5. Перенос операций на более производительное оборудование.

6. Уменьшение припусков. Это позволяет увеличить скорость резания, а при обработке поверхностей с очень большими припусками уменьшить число проходов (актуально для черновых и шлифовальных операций).

7. Применение более совершенных приспособлений, что позволяет уменьшить вспомогательное время.

8. Изменение конструкции детали для улучшения ее технологичности.

9. Применение более совершенных транспортных устройств для более быстрого перехода к установке детали на следующей позиции (операции).

10. Применение автоматических устройств для уменьшения вспомогательного времени.

11. Полное изменение технологического процесса.

Если штучное время в два раза больше такта, то на эту операцию устанавливаются параллельно два станка, если в три раза – то три станка и т. д.