2.6. Задачи и содержание предпроектных исследований

Целью проектирования производственной системы является создание системы, обладающей высокими показателями качества функционирования и обеспечивающей требуемое качество объектов производства.

Важнейшим этапом проектирования является проведение анализа действующего производства (при запуске нового изделия или перевооружении производства) или аналогичного производства (при создании нового производства). Цель анализа – необходимость получения данных для разработки проекта производственной системы, т.е. создание БД и информационного сопровождения процесса проектирования.

Процесс анализа состоит из четырех задач:

- обследование изделий – объектов производства (результат – создание информационных массивов объектов);

- обследование технологических процессов (результат – создание БД типовых ТП);

- обследование оборудования (результат – создание БД необходимого оборудования);

- обследование организационной структуры производства (результат – создание библиотеки моделирующих программ).

В зависимости от масштаба цели проектирования, анализу может подвергаться:

- весь производственный процесс предприятия;

- часть производственного процесса, связанная с технологическими процессами изготовления конкретного изделия;

- отдельные этапы производственного процесса (совокупности ТП получения заготовок, изготовления деталей, сборки, регулировки, контроля, испытаний);

- отдельные операции ТП.

Анализ проводится с целью выявления особенностей конкретного изделия на данном предприятии, неиспользуемых резервов и узких мест, определения необходимости и целесообразности автоматизации операций, внедрения новых прогрессивных технологий, нового оборудования, разработки рекомендаций и планов по повышению рентабельности производства и др.

Схема задач, решаемых при анализе производственного процесса, дана на рис. 2.7.

2.7. Обследование производства при автоматизации

2.7.1. Постановка задач обследования производства

Цель – выявление объектов автоматизации, их группирование, формирование ТТ на автоматизацию.

Направления обследования (задачи и объекты обследования):

изделия; ТП; оборудование, организационное построение.

Общий результат:

- выявление принципиальной возможности автоматизации;

- предварительный выбор направления автоматизации;

- формирование технических требований для корректировки ТЗ на перевооружение производства и корректировку конструкторской документации на изделия – объекты производства и технологической документации на имеющиеся и разрабатываемые ТП;

- создание перечней массивов (И, ТП, ТО) для автоматизированного проектирования и моделирования;

- корректировка проекта структуры проектируемой ИПС;

- формирование проекта общей инфраструктуры разрабатываемой ИПС;

- формирование обобщенной структуры системы управления;

- разработка ТТ на выбор ТО.

На нижнем уровне решаемых задач автоматизации результаты обследования нацелены на разработку автоматизированного технологического комплекса (АТК).

Сложность процессов анализа при обследовании изделий, ТП и оборудования состоит в сильной взаимосвязи и взаимозависимости этих трех элементов производственной системы. Отсюда – большое количество итераций процесса принятия технологических решений при проведении каждого анализа. Технологические решения в данном случае это основа для разработки технического задания на проектирование производственной системы определенного вида, масштаба, формы.

Формализованное представление процедур анализа и принятия технологических решений выглядит следующим образом.

Пусть

- множество изделий – объектов данного производства (запущенных и планируемых к запуску); - множество изделий после проведения группирования, где - число изделий, сгруппированных в классифицированные группы; - множество деталей, группирование которых признано нецелесообразным; - число установленных

Обследование и анализ производственного процесса

Обследование изделий – объектов производства

Обследование технологических процессов

Обследование оборудования

Обследование организационной структуры

Установление критериев оценки

Определение номенклатуры

изделий

Классификация и группирование объектов производства

Определение технологических схем процесса

Определение требований к складам

Определение требований к транспорту

Определение контролируемых параметров производственного процесса

Определение автоматизируемых функций

Определение перечня унифицированной и специальной оснастки

Определение перечня оборудования

Разработка технологических схем процессов обслуживания

Определение информационных каналов производственной системы

Расчет точностных и временных параметров обслуживания

Определение типов и количества транспортных средств

Формирование вариантов технологической оснастки и средств автоматизации

Разработка (или корректировка) структуры производственного процесса

Разработка технологического обеспечения производственного процесса

Расчет объема складских запасов и межоперационных заделов

Рис. 2.7. Схема задач, решаемых при анализе производственного процесса (предпроектные исследования)

классификационных групп; - число наименований не сгруппированных изделий;

- множество технологических операций (или частных технологических процессов), где - число разновидностей операций (частных технологических процессов);

- множество элементов технологической системы (или множество единиц технологического оборудования), где - число разновидностей специализаций оборудования.

Требуется спроектировать технологическую систему, реализующую все множество V технологических операций для обеспечения изготовления всей номенклатуры D изделий на выбранном множестве элементов технологической системы (множестве оборудования) Q при выполнении условия где К_З, К_ИСП - коэффициенты загрузки и использования оборудования соответственно.

Технологические решения принимаются с использованием матриц «объекты – операции» «объекты – оборудование» «операции – оборудование» Результатами решений является матрица, составленная из троек ( ), использующаяся для выполнения процессов оптимизации и решаемая известными математическими методами в зависимости от размерности матрицы.

2.7.2. Обследование изделий – объектов изготовления в производственной системе

При обследовании изделий – объектов производства выполняется следующее:

1. Подробный конструктивно-технологический анализ изделия – объекта производства (или всей номенклатуры изделий);

2. Предварительное группирование изделий по главным классификационным признакам и определение принципиальной возможности изготовления изделия в действующем производстве;

3. Классификация и группирование изделия (множества изделий) по совокупности всех определяющих признаков (форма, размеры определяющих поверхностей, масса, точностные характеристики, технические требования на обработку отдельных поверхностей и др.);

4. Анализ возможных вариантов построения технологических схем изготовления изделия;

5. Анализ целесообразности автоматизации элементов технологических схем (или всего ТП в целом);

6. Обеспечение технологичности выполнения автоматизируемых операций (выбор поверхностей для ориентирования, захватывания, накопления и др.);

7. Формирование требований к технологическому оснащению операций.

Схема анализа, поясняющая составляющие проводимого при обследовании изделий процесса, приведена на рис. 2.8.

Формализованные выражения, характеризующие перечисленные технологические решения выглядят следующим образом.

Пусть X_q – совокупность изделий, отнесенных к группе с индексом q; – множество изделий x, назначенных на выполнение операции j с применением i-го комплекта технологической оснастки. Тогда где

В результате выполнения работ, предусмотренных пунктами 4-7, для рассматриваемой операции получим ( - знак включения), что означает реальную ситуацию, при которой часть деталей исходного множества возможно (целесообразно) обрабатывать на данном оборудовании с применением переналаживаемой (сменной) оснастки, в то время как часть деталей требует применения другого оборудования в связи с невозможностью или нецелесообразностью изготовления на данном оборудовании.

Группирование изделий при мелкосерийном и единичном характерах производства выполняется с целью увеличения серийности и определения номенклатуры изделий, изготовление которых экономически оправданно на данном оборудовании с применением определенного комплекта технологической оснастки и с минимальными затратами времени на переналадку при переходе к изготовлению другого изделия данной группы. В группу объединяются изделия, обладающие так называемым конструктивно-технологическим подобием.

Существует несколько специальных методов определения оптимальных групп или партий изделий. Отличаются методы используемыми критериями оптимизации, например, такими как: минимум средних затрат времени на изготовление; минимум затрат на хранение («пролеживание») изделий; минимум совокупных затрат на производство и хранение; отношения между временными затратами на подготовку изготовления и непосредственно изготовление партии изделий и др.

2.7.3. Обследование технологических процессов, реализуемых в производственной системе

Данное обследование выполняется с целью обеспечения технологической гибкости, максимальной типизации, возможности использования одного процесса для изготовления как можно большего числа групп изделий из имеющейся номенклатуры.

Существует два направления достижения этой цели. Первое заключается в выявлении возможности изготовления каждого конкретного изделия из некоторой совокупности классификационных групп изделий по определенным (базовым, «классическим») типовым ТП. Если изделие не может, по каким-либо причинам, быть изготовлено по типовой технологии, а требует в каких-то ее элементах применения специфических операций, его исключают из группы и дальнейшее проектирование ведется индивидуально для единичного ТП. Второе направление реализует обратную задачу: для каждого изделия предварительно формируется принципиальная технологическая схема изготовления, состоящая из отдельных законченных элементов (операций) частных ТП.

При больших и средних размерах партий изделий, подлежащих изготовлению, предпочтительно первое направление, при мелких сериях и в единичном производстве целесообразно использование второго направления, которое в силу большой вариативности, а следовательно и трудоемкости, требует применения вычислительной техники. Укрупненная схема реализации второго направления разработки ТП (производственная типизация на базе частных ТП) представлена на рис. 2.9.

Рассмотренные направления определяют содержание задач обследования ТП. При использовании первого направления технологическая схема, составленная для определенной группы изделий, сравнивается с маршрутом освоенного типового ТП. Следовательно, при обследовании выполняется анализ конструкции изделия, группирование, составление технологической схемы, обеспечение технологичности конструкции под условия типового ТП и комплекта технологической оснастки.

При втором направлении последовательность обследования иная. Выполняется составление технологической схемы изготовления для каждой конструкции из определенной группы, полученные технологические схемы группируются по технологической общности, проводится отработка технологичности конструкции под условия ТП, образованного из частных ТП.

Формирование множества технологических решений

Исходные данные по изделию

Формирование технологических схем процессов для каждого i-го изделия

Формирование массивов частных процессов

Формирование последовательностей частных процессов { j^*_i }

Разработка операционной технологии выполнения частных процессов

Определение маршрутов выполнения { j^*_i } и оптимальных последовательностей запуска

Корректировка технологичности конструкции изделия

Вывод технологической информации, документации, программ изготовления

Рис. 2.9. Схема последовательности разработки процесса изготовления изделий на базе частных ТП

БАЗА

ДАННЫХ

Технико-экономический анализ и оптимизация технологических решений

2.7.4. Обследование оборудования производственной системы

Эта задача обследования заключается в формировании данных по каждой единице имеющегося (или необходимого) оборудования. Данные включают в себя: возможные виды выполняемых операций; минимальные и максимальные определяющие размеры обрабатываемых изделий; точностные характеристики; режимы обработки; инструментальное обеспечение; временные затраты на переналадку и др. Элементы анализа основного технологического оборудования (ОТО) и вспомогательного технологического оснащения (ВТО) представлены на рис. 2.10. Данные, сведенные в форму карт или машинных массивов по каждой единице ОТО дополняются при обследовании изделий и ТП. Дополнения заключаются в закреплении за оборудованием конкретного изделия (группы изделий) с указанием его кода, вида операций, временных затрат на обработку на данном оборудовании, размеров партий и др. По каждому оборудованию определяется среднее время восстановления (Т_В) по характерным видам отказов, поломок и временные затраты на переналадку для изготовления каждого из закрепленных видов изделий.

На последующих этапах определяется общая номенклатура ВТО, необходимого для изготовления всей номенклатуры и количества закрепленных изделий, оптимальная последовательность запуска партий (по критерию минимального суммарного времени переналадки) и загрузка данного оборудования.

Коэффициент загрузки К_З определяется выражениями:

или

где t_ф - заданное время функционирования; t_о.п - организационные потери; t_шт - штучное время изготовления одного изделия; j - количество видов изделий, закрепленных за данной единицей оборудования.

Если: К_З < 1, то данное оборудование недогружено и за ним можно закреплять изделия на изготовление; К_З 1 соответствует максимальной загрузке оборудования; К_З > 1 недопустимо.

2.7.5. Области экономически эффективного использования оборудования

Необходимость экономической оценки целесообразности применения того или иного типа (модели) технологического оборудования возникает в тех случаях, когда какое-либо изделие может изготавливаться с помощью нескольких взаимозаменяемых средств или методов. При этом взаимозаменяемые средства или методы, обеспечивая качественно одинаковые конечные результаты, могут обладать разной производительностью, мощностью приводов, стоимостью, различными производственными условиями эксплуатации и т.п. Современный уровень развития производства технологического обеспечения операций изготовления изделий, как правило, по любой операции предполагает использование нескольких взаимозаменяемых типов (моделей) оборудования. Таким образом, существует проблема выбора технологического оборудования, которую в общем виде можно сформулировать следующим образом: предпочтение в использовании той или иной модели из ряда взаимозаменяемого технологического оборудования должно быть отдано той из них, применение которой обеспечивает получение изделий с заданными параметрами качества при наименьших (по сравнению с другими моделями ряда) затратах.

Взаимосвязанность и взаимозависимость данной проблемы с другими проблемами создания ИПС, обуславливает ее решение на нескольких этапах проектирования производственной системы. На первом этапе (предпроектные исследования и анализ) строятся ряды взаимозаменяемого оборудования для изготовления технологически однородных (однотипных) групп изделий по типовым операциям технологических процессов. В качестве исходных данных для выбора оборудования по одному из критериев на рис. 2.11 приведены области рационального применения видов технологического оборудования в зависимости от серийности производства. На рисунке ОТО – основное технологическое оборудование, ВТО -

Анализ Q_i моделей технологического оборудования

Анализ основного технологического оборудования

Рассматриваемая совокупность технологических операций

Анализ вспомогательного технологического оборудования

Анализ конструктивных характеристик

Анализ технологических показателей

Анализ экономических показателей

Состав комплекта

Уровень автоматизации цикла работы станка

Надежность

Размерные параметры

Вид и размеры рабочей зоны

Распространенность и перспективность модели

Особые требования

Номенклатура обрабатываемых деталей

Время переналадки

Уровень автоматизации утилизации отходов

Производительность

Компоновка производственной зоны

Стоимость станков

Затраты на модернизацию

Стоимость переналадки

Конструктив-ное исполнение

Надежность

Емкость

Время переналадки

Стоимость

Стоимость переналадки