3.4. Определение состава и потребного количества станков, входящих в гибкую производственную систему (гпс)

Для определения состава оборудования, включаемого в состав ГПС, необходима показательная проработка технологических процессов всех деталей, обрабатываемых в системе. В первую очередь разрабатывают технологический процесс на деталь, имеющую наибольшее число обрабатываемых поверхностей, при этом намечают первоначальную специализацию оборудования и выявляют необходимые технологические характеристики для оборудования с ЧПУ. Технологические процессы для остальных деталей группы строят в соответствии с принятым типовым маршрутом и с учетом намеченной специализации оборудования.

Исходя из разработанных технологических процессов выявляют технологические характеристики станков, на основании которых производят подбор станков из имеющегося парка (в соответствии с каталогом станков с ЧПУ) или разрабатывают и используют специализированное оборудование с ЧПУ.

При подборе станков необходимо учитывать возможность их встройки в ГПС. Для этого они должны иметь однотипные автоматические устройства для загрузки и закрепления спутников, одинаковые устройства ЧПУ и достаточную вместимость магазинов инструментов. Таким образом, в состав ГПС включают станки с ЧПУ, параметры которых обеспечивают реализацию технологических процессов обработки определенной группы деталей. Туда же могут встраиваться и универсальные станки, или специализированное оборудование, не оснащенное ЧПУ (см. раздел 3.2), 8 также станки без устройств для автоматической загрузки деталей.

Потребное количество основного оборудования проектируемого участка подсчитывают отдельно по номенклатуре и каждому типоразмеру с учетом затрат времени (Т_ШТ.) по отдельным операциям технологического процес­са, выполняемого на данном оборудовании, программы и номенклатуры вы­пускаемых деталей или изделий.

Потребное (расчетное) количество станков данного типоразмера С_р в усло­виях непоточного производства:

(9)

где Т_к - трудоемкость (станкоемкость) обработки годового количества всех деталей на станках данного типоразмера в станко-часах; определяют по данным разработанного технологического про­цесса;

Ф_с - действительный (расчетный) годовой фонд времени работы стан­ка в

часах, определяемый по табл.2.6.

Таблица 2.6

Наименование	Фс в час при числе рабочих смен
	1	2	3
Металлорежущее оборудование	2030	4015	5960
Металлорежущее уникальное оборудование (сложные и тяжелые станки)	—	3890	5590
Автоматические линии, станки с ЧПУ	—	3725	5465

Действительный годовой фонд времени работы оборудования механи­ческих и сборочных цехов при 41 -часовой рабочей неделе

Полученное расчетом количество станков округляется до целого числа, называемого-принятым числом станков С„. Для определения сте­пени загруженности по времени станков данного типоразмера используют коэффициент загрузки оборудования

(10)

Средний коэффициент загрузки оборудования по участку, цеху

(11)

Значения Кз.о.ср. по цеху для разных типов производства приведены в табл. 2.7

Таблица 2.7

Тип производства	Кз.о.ср.
Единичный	0,8 - 0,65 и выше
Серийный	0,75- 0,85 и выше
Массовый	0,65- 0,75 и выше

Если по отдельным типам станков K_з._o. получается более низким, то следует рассмотреть возможность переноса части работы на другие, более крупные из намеченных по расчету станков данной группы.

Для лучшей систематизации расчетов, установления степени исполь­зования станков, наличия резервов или узких мест в производственных мощностях составляют ведомость расчета оборудования по форме табл.2.8.

Таблица 2.8

Типоразмер станка	Номера закрепленных за станком деталей	Годовой выпуск, шт.	Норма времени на 1 деталь, мин.	Время на годовой выпуск, танко час	Потребность в станках		Коэфф. Загрузки станков
					Ср	Сп
	Итого

При разработке в проекте поточного производства число станков опре­деляют по каждой операции исходя из такта выпуска деталей с линии:

(12)

Где Тшт. – штучное время на операцию, мин;

τ – такт выпуска деталей с линии:

С учетом формулы (13)

(14)

Как и в предыдущем случае, дробные числа округляют до ближайшего целого, а К з.о. на данной операции определяют по отношению рас­четного числа станков к принятому. Средний К_З о.ср. всей линии определяют делением Ср всей линии на С_П линии. Результаты расчета удовлетворительны, если К_{З О.СР.} ≥ 0,65 – 0,75. При этом для отдельных высокопроизводительных станков допускают К_З.О.< 0,5.

Если Ср превышает целое число не более, чем на 0,1, то изыскивают возможность округления Ср в меньшую сторону, пересмот­рев условия выполнения операции для уменьшения Т шт.

Количество станков в переменно-поточных линиях определяется для каждой операции с учетом загрузки оборудования по отношению к годовому фонду времени его работы. Потребное количество станков для данной операции

(15)

где Т шт. i - штучное время обработки t-той детали на данной операции, мин.;

А_с - годовой выпуск L -той детали;

/X - количество деталей, закрепленных за линией; к^/_п - коэффициент, учитывающий время на переналадку линии с одного наименования детали на другое; обычно К_п = 0,95.

Когда на линии обрабатываются детали, мало различающиеся по трудоемкости, устанавливается единый такт τ для обработки всех деталей

(16)

Число станков для каждой операции в линии

Или

(17)

При выпуске деталей с разной трудоемкостью τ определяет­ся для каждой детали в отдельности путей распределения фонда Фс пропорционально трудоемкости обработки годового количества де­талей каждого наименования.

Количество станков в групповых поточных линиях определяет­ся для каждой операции по формуле (15), но без применения коэф­фициента Kп. В единой групповой операции обработка деталей дан­ной группы производится параллельно или последовательно при пос­тоянной наладке станков. Групповые поточные линии могут работать по принципу непрерывно-поточного и прямоточного производства.

Число станков для каждой операции, выполняемой на автомати­ческой линии

(18)

где Т_оп - оперативное время для данной операции, мин.;

τ - такт работы линии, мин;

Т on. = Т маш. + Т всп. + Т тр., (19)

где Т маш. - машинное время;

Т всп. - вспомогательное время, определяется по нормативам для автоматических линий;

Т тр. - время на перемещение детали с позиции на позицию.

В среднем Т тр = 0,2 - 0,3 мин.

Необходимо стремиться к синхронизации операций, т.е. Т сп. должно быть равно или кратно τ. Если Т оп. на отдельной операции невозможно привести в соответствие с τ, за такт автоматической линии принимают t_оп этой лимитирующей опера­ции и по нему ведут все дальнейшие расчеты.

Число станков для лимитирующей операции

(20)

Где η – коэффициент, учитывающий потери при определении такта работы линии; η = 0,85 – 0,95

Полученное дробное число округляют до целого и определяют коэффициент загрузки линии

(21)

К э.л. должен соответствовать Кз.о. для массового производ­ства (см.табл.3).

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) могут рабо­тать в условиях поточного и непоточного производства. В зависи­мости от этого потребное количество станков может определяться по формулам (14, 17 или 9) соответственно. При расчете С_р по указанным формулам необходимо учитывать следующие особенности станков с ЧПУ.

Основное (машинное) время на операцию

, (22)

где- основное время j-того перехода обработки;

n - число переходов обработки на данной операции. Вспомогательное время на операцию t_ВСП определяют по имеющим­ся нормативам для станков с ручным управлением и данным табл. 12-19[7 т.1]. По этим же таблицам определяют время на организационно-техническое обслуживание рабочего места – t_ОРГ.

Штучно-калькуляционное время

(23)

Где Т _{п 3} - подготовительно-заключительное время на партию деталей, мин; Т _П.З. - 12 мин.

Nn - размер партии деталей. Ориентировочно Nn опре­деляют по табл.11 [7 т 1]. '

Эффективный годовой фонд времени работы станков с ЧПУ (устанавливаемых отдельно или встраиваемых в автоматизированные комплексы, участки) при двухсменной работе:

станки массой до 10 т - 3935 час

станки массой до 100 т - 3850 час

Среднестатистические данные по распределению затрат времени (в %) для отдельно расположенных станков с ЧПУ (в скобках - для автоматизированного участка из станков с ЧПУ) таковы: время ра­боты станка по программе t_п.у. – 40(62); вспомогательное вре­мя (включая контроль деталей) - 8,5 (10); время на обслуживание рабочего места и личные надобности - 14,5 (5); подготовительно-заключительное время - 17 (8); планируемые потери - 20 (15). Например, для автоматизированного участка из станков с ЧПУ Т ut.-k. = 1,37*tп.у.

Коэффициент загрузки станков с ЧПУ должен соответствовать К з.о. данного тина производства (см.табл.3) и быть не меньше фактического коэффициента загрузки с учетом неплановых простоев для ремонта

, (24)

Где Вн – удельная длительность восстановления работоспособности станка в долях единицы (см. табл. 25[7т.1]);

Куд – коэффициент, учитывающий удельный вес работы станка по ПУ в Фс. Применяют Куд = 0,4 – 0,5.

Определение количества оборудования, укрупненным способом (для других участков проектируемого цеха) ведется по укрупненной трудоемкости годового выпуска изделий по формуле

(25)

где Т - трудоемкость годового выпуска всех изделия в цехе или отделении, станко-чзс;

Кз.о.ср - средний коэффициент К з.о. по цеху или отделению.

Можно принимать для двухсменной работы в массовом произ­водстве К з.о.ср. = 0,7; в серийном производстве К з.о.ср. =0,8; в единичном производстве К з.о.ср.=0,85.

Для определения состава оборудования полученное С_П.ОБЩ распределяют по группам и типам, пользуясь процентными соотношением, определяемыми по данным выполненных проектов или заводов. При этом производится корректировка в зависимости от намечаемых в проекте новых прогрессивных технологических процессов.

Число единиц сборочного оборудования при значительной загрузке определяют, исходя из затрат времени для годовой программы и фонда времени, отдельно по каждому типоразмеру аналогично металлорежущему оборудованию.

Количество рабочих мест для сборки изделия (узла) в условиях непоточного производства определяют по формуле

(26)

Где Тсб. - - трудоемкость сборки одного изделия (узла) в человеко-часах. Для расчета Тсб. следует использовать данные табл.5.

Примерное отношение трудоемкости видов сборочных работ к общей трудоемкости сборки в %.

Таблица 5

Вид сборочных работ	Тип производства
	единичное	подтипы серийного производства			массовый
		мелкосер.	среднесер.	крупносер.
Слесарно-пригоночные	25-30	20-25	15-20	10-15	-
Узловая сборка	5-10	10-15	20-30	30-40	45-60
Общая сборка	60-70	60-70	50-65	45-65	40-55

Действительный годовой фонд Ф_с принимают равным:

при двухсменной работе на сборочных стендах Ф_с = 4140 час;

при двухсменной работе сборочных автоматов и полуавтоматов Ф_с = 4015 час;

Рср. – средняя плотность работы. При работе на сборочных полуавтоматах и автоматах Р _ср ≤ 1; при работе на стендах для узловой и общей сборки Р _ср ≥ 2 в зависимости от габаритов изделия и сложности сборки. Р _ср определяют по технологическому процессу и форме организации сборки. Полученное расчетное число Мр округляют до целого числа и получают принятое число рабочих мест М_п.

Определяют коэффициент загрузки рабочих мест

(27)

Принимают Кз = 0,7 – 0,9 в зависимости от характера производства.

Число единиц оборудования определяют по формуле:

(28)

где Т - трудоемкость данной операции одного изделия.

Полученное значение С_р округляет до целого числа и определяют К_{3 0.}

Для условий поточного производства число единиц оборудования определяют для каждой операции, исходя из такта сборки τ_С или

производительности данного вида оборудования по формулам, приве­денным для металлорежущего оборудования.

Аналогично число рабочих мест поточной сборки определяют исходя из такта по формуле:

, (29)

Где Тсб – трудоемкость сборки изделия (узла), равная суммарному времени по всем операциям, человеко-час;

При укрупненном проектировании количество рабочих мест сборочного отделения определяют по формуле:

, (30)

Где ΣТ_сб - суммарная трудоемкость сборки годового выпуска изделии (узлов), человеко-час;

К з _Ср - средний коэффициент загрузки К_{3 ср} = 0,75 - 0,85.

Обычно количество рабочих мест поточной сборки определяют по числу операций. Если для операции Т > τ сб., то предусматривают дополнительные параллельные рабочие места с тем, чтобы синхронизировать трудоемкость Т_с с тактом τ сб. в пределах ±5%.

При работе на конвейерах число рабочих стендов (позиций) определяют по формуле (29). В этом случае кроме рабочих позиций, полученных по расчету, предусматривают 2-3 запасных стенда.

Одним из основных типов конвейеров, применяемых при поточной сборке, является пульсирующий (тележечные, подвесные, толкающие конвейеры). Для пульсирующих конвейеров число рабочих мест (стен­дов) определяют по формуле:

, (31)

Где Тшт - трудоемкость сборки изделия (узла), человеко-час;

t - время на перемещение конвейера с позиции на позицию, зависит от расстояния между сборочными позициями l2’ и скорости перемещения конвейера V. В зависимости от габаритов изделия принимают l2’=0,3 – 1,5 м. Скорость перемещения конвейера общей сборки V = 0,1-3,5 м/мин (до 5 м/мин).

Скорость перемещения конвейера узловой сборки If =0,25 - 1,3 м/мин.

При проектировании возникает необходимость в определении рабочей длины сборочного конвейера. Длину конвейера определяют по числу стендов (сборочных позиций) и шагу конвейера. Общая длина конвейера составляет

L=l1+l2 (32)

Где l1- длина рабочей части конвейера;

l2 – длина приводной и натяжной части конвейера.

Длину рабочей части определяют по формуле:

l1= l*M’сб (33)

Где М’сб = (1,15 – 1,25) Мсб – количество рабочих мест Мсб. с добавлением 15-25% резервных и контрольных;

l – шаг конвейера.

l = l1’+l2’ (34)

Где l1’ – длина собираемого изделия или сборочной тележки;

l2’ = 0,4 – 1,2 м.

Скорость конвейера при его непрерывном движении

, (35)

Если V > 3,5 м/мин или V > 1,3 м/мин, то следует дублировать конвейер при сохранении τ_СБ. Если V получается ниже указанной, то рекомендуется перейти к конвейеру с периодическим движением.

5. Транспортно-накопительные системы (ТНС) гибких автоматизированных комплексов

Технические средства ТНС делятся на две группы: основное оборудование и вспомогательное. Основное оборудование для переме­щения грузов в условиях автоматизированного производства: стеллаж­ные и мостовые краны-штабелеры, транспортные роботы, конвейеры, накопители, перегрузочные и ориентирующие устройства, транспортно-­складская тара, средства АСУ.

Вспомогательное оборудование: толкатели, ориентаторы, подъем­ники, питатели, адресователи.

Выбор транспортных и накопительных средств производится на основе анализа грузопотоков на участке или в цехе.

При определении грузопотоков по участку (цеху) выявляют пот­ребность в основных и вспомогательных материалах, с учетом програм­мы выпуска деталей, вида и массы заготовок, в комплектующих и покупных изделиях, а также количество отходов.

Количество комплектующих и покупных изделий определяют по сборочному чертежу выпускаемого в цехе изделия с учетом его годо­вой программы выпуска. Эти данные необходимы для расчета грузо­потоков сборочного участка.

Отходы производства определяют по разности между массами заготовок и деталей, либо в % от массы готовых деталей (см.табл.6) с учетом программы выпуска.

Таблица 6.

Отходы по производству деталей металлургического оборудования

Заготовки	% отходов к общей массе		Заготовки		% отходов к общей массе
Литье		Штамповки
чугунное	15		горячие		30
стальное	20		Листы
цветное	40		тонкие		25
Поковки		толстые		30
		профильный металл		8
прессовые	65		трубы		6
молотовые	40		полоса		10

В условиях автоматизированного производства имеют место воз­вратные грузопотоки многооборотной технологической тары, оснастки, инструментов и приспособлений.

В целях оптимального выбора транспортных средств грузы класси­фицируют по транспортно-технологическим характеристикам: размеру,

массе, форме, способу загрузки и транспортирования, форме, виду и свойствам материала.

По массе изделия подразделяются на:

Миниатюрные	масса до 0,01 кг
Легкие	масса до 0,5 кг
Средние	масса до 16 кг
Переходной массы	масса до 125 кг
Тяжелые	масса более 125 кг

По способу загрузки изделия подразделяются на перемещаемые: в таре, без тары, навалом, в ориентированном состоянии, в кассетах, в па­кетах, на спутниках.

По форме изделия делятся на: тела вращения, корпусные, дискообразные, спицеобразные (длинномерные).

При выборе транспортных средств автоматизированных линий и участков необходимо учитывать вид и свойства материалов де­талей (твердые, хрупкие, магнитные).

Грузопотоки делятся на непрерывные и дискретные с использо­ванием накопителей, функции которых могут выполнять собственно транспортные средства, а также вспомогательные устройства (ма­газины), тара.

При выборе схемы грузопотоков необходимо выбирать наимень­шие по протяженности маршруты перемещения грузов, минимальное применение перегрузочных устройств, кантователей.

Особенностью автоматизированных участков является применение в качестве транспортных средств кранов-штабелеров и транспорт­ных, промышленных роботов. Все транспортные средства, применяемые на этих участках, должны быть оснащены системами автоматического адресования и иметь устройства автоматической погрузки-разгрузки грузов.

Кроме того, в условиях автоматизированного производства широко применяются подвесной транспорт, напольные конвейеры, транспортеры, тележечный транспорт.

К подвесному транспорту относятся:

1)подвесные конвейеры для внутрицеховых и межоперационных перемещений деталей и изде­лий весом до 2 т на расстояние до 1000 м, для создания подвижных запасов деталей на рабочих подвесках конвейера; белее тяжелые грузы весом до 2,5 т и выше могут транспортироваться на грузотянущих конвейерах с тележками;

2)подвесные монорельсы для внутри­цеховых грузопотоков; максимальная грузоподъемность монорельсов - до 20 т;

3)монорельсовые транспортные роботы с устройствами тля перемещения и манипулирования изделиями весом до 320 кг;

4)под­весные дороги с электротягачом и прицепными тележками грузоподъ­емностью до 500 кг.

К напольным конвейерам и транспортерам для паточного произ­водства относятся:

1)рольганги (приводные и неприводные наклон­ные) для межоперационного перемещения изделий весом до 120 кг;

2) ленточные конвейеры для транспортирования мелких деталей ве­сом до 250 кг с малым тактом запуска;

3) тележечные конвейеры, применяемые для транспортирования изделий на сборочном участке, реже на механических участках. В зависимости от габаритов изде­лий применяют вертикально- и горизонтально-замкнутые конвейеры, первые - грузоподъемностью до 8000 кг.; вторые - до 1000 кг;

4) шагающие конвейеры с пульсирующим перемещением изделий при сборке; грузоподъемность этих конвейеров до 7 т при относитель­но малых габаритах и простоте конструкции.

К напольно-тележечному внутрицеховому транспорту отнесятся:

1) электропогрузчики и электротележки (электрокары) грузоподъемностью до 0,5 т;

2) электроштабелеры напольные грузоподъемнос­тью до 2 т;

3) транспортные напольные роботы (рельсовые и без­рельсовые), смонтированные на тележках и управляемые по программе.

Модели отечественных напольных роботов: "Электроника" - грузоподъемность робота до 50 кг.

МП-12Т	Грузоподъемность до 200 кг	установка 10 поддонов по 20 кг каждый
МП-14Т	Грузоподъемность до 600 кг	Установка 10 поддонов по 60 кг каждый
МП-15Т	Грузоподъемность до 65 кг

Монорельсовые транспортные роботы (напольные н подвесные) предназначены для межоперационного и внутрицехового перемещения деталей и изделий в условиях автоматизированного производства. Их модели и грузоподъемность соответствуют моделям безрельсовых роботов.

В качестве накопителей могут использоваться автоматизированные склады, обслуживаемые штабелерами и транспортными роботами, и межоперационные магазины-накопители (напольные и подвесные). Магазины-накопители применяют в условиях поточного производства для деталей типа тел вращения. Подвесные накопители применяют в основном для корпусных детален, для деталей сложной конфигурации.

Количество подъемно-транспортных средств для цеха (участка) определяют либо подробно с учетом грузопотоков, массы перемещае­мых грузов, либо по данным базового производства.

Число кранов-штабелеров для механических участков

, (36)

где n - число деталей, подлежащих транспортированию за смену;

i - среднее число транспортных операций на одну деталь;

Т кр.- время пробега крана, мин;

m - число одновременно транспортируемых деталей;

Тсм - время работы в смену, мин.

Количество единиц напольно-тележечного транспорта опреде­ляют по формулам:

для двусторонней маятниковой системы перевозок

, (37)

для односторонней маятниковой системы перевозок

, (38)

где Q - годовой грузооборот, т;

K₁ - коэффициент неравномерности;

К₂ – коэффициент использования грузоподъемности; К₂ = 0,8;

Т_э - общее время пробега электрокара (транспортного робота), мин;

Qэ - грузоподъемность электрокара (робота), т;

Ф₀ - действительный годовой фонд времени работы оборудования с учетом сменности работы.

Основными расчетными параметрами конвейеров являются ско­рость или производительность.

Скорость конвейера

или (39)

где Q - производительность конвейера, шт/час;

τ - такт работы, мин;

l - шаг переметаемых изделий, м

n - количество одновременно перемещаемых изделий.

Производительность конвейера

(шт/мин). (40)

Для конвейеров, обслуживающих поточные станочные линии, скорость конвейеров принимают V= 1-6 м/мин (при массе изделий ЗС-50 кг V не более 3 м/мин). При необходимости создания запаса на конвейере в расчет вводят коэффициент увеличения про­изводительности K_ПР ≤ 5.