Организация и планирование машиностроительного производства
..pdfРис. 2.7. Веерная (иерархическая) схема сборки изделия
Д — деталь, Сб — сборные единицы, И — изделие
производственных |
цехов, |
участ |
|
||
ков, т.е. возможна максимальная |
|
||||
параллельность |
выполнения ра- |
|
|||
бот. Длительность |
такого |
цикла |
|
||
будет минимальной. Однако усло |
|
||||
вия производства, |
ограниченные |
|
|||
ресурсы |
могут |
потребовать вы |
|
||
полнения некоторых работ после |
|
||||
довательно. Если, например, сбо |
|
||||
рочные единицы Сб-1 и Сб-2 со |
|
||||
бираются и отлаживаются на од |
|
||||
ном и том же стенде, прежде чем |
|
||||
поступают на общую сборку, то |
|
||||
это приведет к изменению цикло |
|
||||
вого графика и, как правило, к уве |
|
||||
личению |
цикла. |
|
|
|
|
Если |
взаимная |
связь |
работ |
|
|
сложного процесса достаточно ве |
|
||||
лика и многообразна, то построе |
б) |
||||
ние ленточного графика затрудне |
Рис. 2.8. Цикловой график |
||||
но. Тогда строится ориентирован |
изготовления изделия |
ный граф (сетевой график), с по мощью которого можно оптимизировать весь комплекс работ по выбранному критерию.
В качестве критерия оптимизации производственного цикла Тел = ДТЬ k„,p, Тпер) можно принять его минимальное значение. В этой за висимости Т*— производственный цикл i-ro простого процесса; knap— коэффициент параллельности работ сложного процесса; Тпер— пе рерывы между простыми процессами.
Коэффициент параллельности может быть принят на основании опы та выполнения предыдущих работ с учетом типа производства, конструк торских и технологических особенностей изготовляемой машины.
Сократить цикла сложного производственного процесса можно как за счет уменьшения циклов простых процессов, так и путем увеличения сте пени параллельности их выполнения или уменьшения (устранения) пере рывов между ними.
2.2.4. Пути и эффективность сокращения производственного цикла
Основные пути сокращения производственного цик ла — снижение затрат труда на основные технологические операции, со кращение затрат времени на транспортные, складские и контрольные операции.
Снижение трудоемкости основных технологических операций воз можно за счет совершенствования конструкции и технологии, в частно сти повышения уровня технологичности машины. Изменения в конструк ции деталей машины для получения более простых с технологической точки зрения поверхностей, повышение уровня унификации конструк ций, выбор рациональной заготовки — все это может заметно сократить трудоемкость технологических операций. Замена металла пластически ми массами часто экономит время на операциях резания. Операции реза ния в металлообработке можно заменить более прогрессивными и эконо мичными методами пластической деформации металлов, например с по мощью прокатки или прессования.
Сокращение трудоемкости достигается путем использования более совершенного инструмента, применения эффективной специальной и унифицированной оснастки, механизации и автоматизации процессов. Использование управляющих ЭВМ позволяет выбирать оптимальные ре жимы обработки, также сокращая время на выполнение операций. Суще ственно сократить производственный цикл можно, снизив время естест венных процессов. Так, естественное охлаждение может быть ускорено при внедрении принудительной циркуляции воздуха.
Наиболее эффективный путь совершенствования процессов транс портировки, складирования и контроля — это их совмещение по времени с процессами обработки и сборки, как это делается, например, в роторных автоматических линиях. Современные методы контроля и диагностики с применением лазерных и радиационных установок, высокочувствитель ных контактных датчиков позволяют вести непрерывный контроль за хо дом технологического процесса и качеством выпускаемой продукции. Статистические методы контроля качества продукции и регулирования
технологических процессов дают возможность перейти от сплошного контроля к выборочному, снижают объемы контрольных операций, пре дупреждают возникновение брака, устраняя тем самым причины, увели чивающие производственный цикл. Механизация и автоматизация внут рицехового транспорта не только сокращает время на перемещение объ ектов производства, но и поддерживает строгий его ритм, что также сни жает или полностью устраняет межоперационные пролеживания предметов труда.
Повышение степени параллельности выполняемых работ является одним из существенных организационных путей сокращения длительно сти производственного цикла. Применительно к одной детали этот под ход может осуществляться за счет многоинструментальной обработки, концентрации операций. Повышение уровня концентрации операций приводит к созданию малооперационной технологии на базе специально го или агрегатного оборудования. При организации обработки партии одинаковых деталей эффективна замена последовательного вида движе ния деталей по операциям на параллельно-последовательный и парал лельный. Уменьшение транспортной партии также сокращает производ ственный цикл. В условиях поточного производства, где оборудование расположено по ходу технологического процесса и объединено механи зированными или автоматизированными транспортными устройствами, в большинстве случаев целесообразна поштучная передача.
При обработке на участке или линии разных деталей длительность со вокупного производственного цикла будет во многом устанавливаться порядком их запуска в обработку. Оптимизация производственного цик ла при обработке деталей нескольких наименований за счет определения очередности их запуска относится к задачам составления расписания. Не которые методы решения этих задач позволяют получить минимальный производственный цикл. К таким методам относятся полный перебор, ли нейное и динамическое программирование и др. Их применение ограни чивается возможностью найти решение для небольшого количества дета лей и операций. Так, задача Беллмана—Джонсона решается методом ли нейного программирования для п деталей, обрабатываемых на двух стан ках.
При решении этой задачи первой запускается в обработку деталь, имеющая минимальное время на первой операции, последней — деталь, обрабатываемая минимальное время на второй операции. Исключая эти детали из очереди, решение продолжают по этому же правилу. Для при мера рассмотрим матрицу трудоемкости для пяти деталей, обрабатывае мых на двух станках (табл. 2.2). В соответствии с правилом Беллма на—Джонсона порядок запуска деталей в обработку будет 5,1,3,4,2.
Станок |
|
|
Трудоемкость детали, |
мин |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
3 |
2 |
5 |
4 |
1 |
2 |
3 |
1 |
4 |
2 |
3 |
Приближенные решения дает метод Монте-Карло, который отличает ся от полного перебора тем, что анализируются и сравниваются по крите рию минимального производственного цикла не все возможные вариан ты порядка запуска деталей в обработку, а только ограниченное их число. Варианты выбираются случайно, и нет достоверной оценки качества вы бранного таким образом варианта и степени его расхождения с оптималь ным.
Более доступными с точки зрения трудоемкости решения задачи яв ляются методы, позволяющие отсеивать некоторые варианты и получать при этом решение, достаточно близкое к оптимальному. Так, процесс от бора вариантов в методе ветвей и границ представляется в виде графа или дерева, включающего возможные варианты перестановок. Метод ветвей и границ позволяет целенаправленно отбросить некоторые решения, ко торые не дают наилучшего решения. Важным условием эффективного применения этого метода является правильный выбор критерия, по кото рому оценивается значение вершин и ветвей ррафа.
При использовании эвристических методов формирования производ ственного процесса обработки нескольких различных деталей на группе оборудования, на участке, в цехе с целью минимизации производственно го цикла можно использовать правила предпочтения. Так, правило крат чайшей операции дает предпочтение в запуске на обработку детали, кото рая имеет минимальную трудоемкость на этой операции. Если перед станком образовалась очередь из пяти деталей трудоемкостью обработки на данной операции tf = 5, t2 = 3, t3 = 7, t» = 1, t5 = 2 мин, то первой в обра ботку на этом станке по правилу кратчайшей операции должна быть запу щена деталь 4, по правилу наиболее длительной операции — деталь 3 и т.д. При формировании структуры совокупного производственного цик ла вопрос о запуске решается всегда, когда перед станком образуется оче редь деталей, ожидающих обработку.
2.2.5. Производственная структура машиностроительных предприятий, их цехов и служб
Под производственной структурой машиностроительного предприятия понимается состав цехов и служб предприятия и характер связей между ними.
В зависимости от охвата стадий жизненного цикла изделия различа ют комплексную и специализированную структуру предприятия.
Комплексная структура ориентируется на относительно большую часть цикла «идея — производство — потребление». Такая структура ха рактерна для научно-производственных организаций. Она включает на учно-исследовательские подразделения, цехи или производственные подразделения основного, вспомогательного и обслуживающего произ водства. Организации этого типа часто несут полную ответственность за разработку, производство и эксплуатационное обслуживание техники.
При специализированной структуре предприятие сосредоточивается на отдельной стадии жизненного цикла изделия, как правило, на выпуске продукции и включает все необходимые для этого подразделения.
Производственная структура машиностроительного предприятия оп ределяется характером выпускаемой продукции, ее сложностью, типом производства, прежде всего номенклатурой и объемом выпуска, форма ми взаимосвязи с другими предприятиями (уровнем кооперирования).
В зависимости от конечной продукции, выпускаемой предприятием, различают предприятия, специализирующиеся на выпуске готовых изде лий, деталей и узлов или заготовок. Соответственно этому они имеют предметную, узловую и детальную или технологическую специализа цию.
П р е д п р и я т и я п р е д м е т н о й с п е ц и а л и з а ц и и мо гут иметь полный технологический цикл и включать заготовительные, обрабатывающие, сборочные цехи или производства. При развитых фор мах кооперирования нет необходимости в существовании некоторых производственных подразделений. Так возникли предприятия механо сборочного типа, получающие заготовки по кооперации, или сборочного, ведущие лишь общую сборку изделий. Создание механосборочных и сбо рочных предприятий повышает уровень специализации производства, способствует увеличению объемов выпуска, а, следовательно, и повыше нию эффективности производства. П р е д п р и я т и я , с п е ц и а л и з и р у ю щ и е с я на в ы п у с к е у з л о в и д е т а л е й , ч а щ е всего выпускают узлы и детали общемашиностроительного назначения, например подшипники, поршневые кольца и др. Продукция п р е д п р и я т и й т е х н о л о г и ч е с к о й с п е ц и а л и з а ц и и , вы пускающих литье, поковки, сварные заготовки, имеет, как правило, мень шую себестоимость по сравнению с продукцией заготовительных цехов заводов с полным технологическим циклом.
Под производственной структурой подразделения предприятия пони маются состав участков, линий, рабочих мест, служб и формы связи меж ду ними. Участки, линии, рабочие места могут быть специализированы по технологическому или предметному принципу.
б;
Рис. 2.9. Схема расположении оборудовании на участка с технологической (а) н предметной (б) специализацией
При технологическом принципе специализации участки, например, включают рабочие места и оборудование, предназначенные для выполне ния отдельных технологических операций: участки токарной, фрезерной обработки, зубонарезных и зубошлифовальных станков и др. Номенкла тура деталей, обрабатываемых на таких участках, разнообразна, что наи более характерно для предприятий единичного и мелкосерийного произ водства (рис. 2.9, а).
При предметном принципе специализации создаются участки, линии и другие производственные подразделения, за которыми закреплено из готовление ограниченной номенклатуры деталей или изделий. Обору дование подбирается в соответствии с технологическим процессом и располагается в последовательности выполняемых операций, т. е. ис пользуется принцип прямоточности. Такое формирование участков наиболее характерно для предприятий серийного и массового производ ства (рис. 2.9, б).
Если на участке комплектно выполняются вся сборка изделия или его составной части, полная обработка детали или некоторой их группы, то такой участок называется предметно-замкнутым. Детали или изделия для участка подбираются на основании их классификации, позволяющей ор ганизовать типовой или групповой технологический процесс. Этот прин цип заложен в создание многопредметных поточных линий и гибких ав томатизированных производств.
Предметный принцип создания внутрицеховых подразделений имеет существенные преимущества по сравнению с технологическим. Сокра щаются транспортные перевозки и затраты на транспортировку, более полно загружается оборудование, которое работает по тщательно состав ленному плану-графику, повышается ответственность исполнителей за
качество выпускаемой продукции, оцениваемое по конечному результа ту. В то же время технологический принцип построения внутрицеховых производственных подразделений имеет свои преимущества, а иногда может быть и более эффективным: возможна взаимозаменяемость обору дования, имеющего единое технологическое назначение, более высока профессиональная квалификация руководителей участков, что определя ется однотипностью оборудования, и т.д. Поэтому в зависимости от про изводственных условий технологический принцип создания цехов и уча стков может быть использован даже для серийного производства. Однако в большинстве случаев предметный принцип значительно сокращает производственный цикл и обеспечивает меньшую себестоимость продук ции.
Создание цехов и участков, специализированных на выпуске ограни ченной номенклатуры изделий, целесообразно лишь при больших объе мах их выпуска. Только в этом случае загрузка оборудования будет дос таточно полной, а его переналадка, связанная с переходом на выпуск дру гого объекта производства, не будет вызывать больших потерь времени. Развитие гибких автоматизированных систем позволяет в серийном, мел косерийном и даже в единичном производстве создавать участки, линии, цехи, специализирующиеся на изготовлении широкой номенклатуры де талей, узлов, изделий при небольших объемах выпуска и оптимально ис пользующие при этом все преимущества предметного принципа.
Структурным звеном производственного участка является рабочее место. Расположение рабочих мест определяется планировкой участка, линии, цеха. В условиях автоматизированных производств часто осуще ствима не только горизонтальная, но и вертикальная планировка цехов. Так возникают «технологические этажи» (заготовительный, механообра батывающий, сборочный). Такой пространственной планировке пред приятия, его цехов, участков способствует широкое использование транспортных лифтов, подъемников, непрерывных средств гравитацион ного транспорта.
Для многопредметных линий, участков задача планировки сводится к тому, чтобы определить места расположения оборудования на выделен ных для этого площадках.
При этом необходимо соблюдать выбранный критерий оптимально сти. Для машиностроительных производств, где обрабатываются тяже лые детали или собираются сложные и крупногабаритные изделия, в ка честве критерия оптимальности принимают минимальные суммарные за траты на транспортировку, соответствующие минимальному грузопото куКак правило, это обеспечивает и минимальный производственный цикл.
Задача формулируется следующим образом: за участком закреплены п деталей с объемом выпуска Nj в единицу времени, масса одной детали i-ro наименования Ggj. Для каждой детали задан технологический про цесс, определяющий порядок прохождения ими рабочих мест. Суммар ный грузооборот участка при j-м варианте расположения оборудования (j-й вариант планировки).
Qj = Z N ,G gili0),
и
где 1щ)— общая длина транспортного пути за весь цикл изготовления i-й детали при j-й планировке.
Минимальную величину грузопотока можно определить методами математического программирования. При большой трудоемкости задачи можно использовать эвристические методы, например методы последо вательного улучшения вариантов. Оптимизация планировок для условий многономенклатурного производства позволяет сократить производст венный цикл, снизить затраты на транспортировку и себестоимость про дукции.
ГЛАВА 2.3. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
2.3.1. Непоточные формы организации производственного процесса
В условиях единичного, мелкосерийного и серийного произ водства применяются главным образом непоточные формы организации производственного процесса. Широкая номенклатура выпуска и неболь шое количество изготовляемой продукции в пределах каждой номенкла турной позиции плана не позволяют обеспечить полную загрузку рабо чих мест и их узкую специализацию. Требование универсальности реали зуется следующими путями:
• организацией производства с групповым расположением оборудо вания (технологический принцип специализации), когда на каждой одно именной группе оборудования выполняются аналогичные технологиче ские операции (сверлильные, токарные, фрезерные и т.п.); технологиче ский процесс строится по принципу дифференциации операций, а взаи мосвязь операций отражается в маршрутном технологическом процессе;
•произвольным (свободным) расположением оборудования в усло виях гибкого производства. Технологический процесс строится по прин ципу концентрации операций. Для этого оборудование обладает необхо димым набором (магазином) инструментов, автоматизированной перена ладкой, различными устройствами и механизмами. Концентрация разных операций на одном рабочем месте приводит к сочетанию преимуществ технологической и предметной специализаций;
•организацией предметно-замкнутых участков (ПЗУ) с предметным принципом специализации; возможно образование ПЗУ со свободным маршрутом движения закрепленных за участком изделий и с однонаправ ленным (поточным) перемещением обрабатываемых изделий по обору дованию.
Последний вариант является переходным от непоточных форм орга низации производственного процесса к поточному производству.
При групповом расположении оборудования требующееся количест во единиц оборудования в каждой группе можно рассчитать по формуле
Cpj —Truij / ,
где Тщщ — количество станко-часов, необходимое для выполнения произ водственной программы, по данной j-й группе оборудования; Fa— дей ствительный фонд времени работы единицы оборудования в плановом периоде, ч.
В свою очередь, величину Т™ по j-му виду работ рассчитывают по формуле
Т_ EN=-ts
•У
IUlj
k .„J
где N* — программа запуска изделий i-ro наименования продукции; Ц— норма времени на изготовление единицы продукции i-ro наименова ния поj-му виду работ; kBHj — коэффициент выполнения норм времени по j-му виду работ.
Потребное количество оборудования затем сопоставляется с факти ческим количеством оборудования по данной группе. Из сопоставления можно получить средний коэффициент загрузки оборудования:
k 3j — Cpj / Сф]
и коэффициент соответствия имеющегося количества оборудования по требному его числу:
kcj Сф| / Cpj.
В случае построения производственного процесса по принципу кон центрации операций необходимое количество оборудования для обра ботки изделий i-ro наименования Cj определяется по формуле
Ч |
N,. (l + kB) |
> |
|
ЧВ. |
~ |
||
|
Рзф |
|
где к„ — коэффициент, учитывающий потери времени по организацион но-техническим причинам; q„e — часовая (цикловая) производитель ность оборудования, пгг/ч:
Япе — Пц11 Тц1,
где Пц| — количество изделий, обрабатываемых за цикл; Тц1— цикл изго товления изделия i-ro наименования, час.
Коэффициент загрузки единицы j оборудования
Т +Т.+Т,*
где Ту — время работы оборудования по управляющей программе за пла новый период, ч; Тв — время вспомогательных работ, ч; Тоб— время ор ганизационно-технического обслуживания оборудования, ч.
Предметно-замкнутые участки обеспечивают замкнутый цикл изго товления изделий и тем самым реализуют преимущества предметной спе циализации. Их технологической основой являются единичные и типо вые технологические процессы. Номенклатура деталей, закрепляемых за ПЗУ меньше, чем на участках технологической специализации, но ста бильность выпуска выше, поэтому основой организации ПЗУ является классификация обрабатываемых деталей по определенным признакам и закрепление полученных в результате классификации групп за рабочими местами.
Признаками классификации могут быть: конструкционная и техноло гическая схожесть, масса и габариты, точность обработки, вид обрабаты ваемого материала и пр. Наиболее эффективны ПЗУ с одинаковыми или сходными технологическими маршрутами изготовления, так как это уменьшает цикл изготовления продукции. Число всех вариантов сходных технологических маршрутов т™ определяется по формуле
®та 2 —1,
где кы», — наибольшее количество операций (и используемого оборудо вания) в деталях данной группы.
Так, если деталь А имеет из группы максимальное количество опера ций, равное 3, с последовательностью обработки: токарная (Т) — свер лильная (С) — фрезерная (Ф), то возможно 23 - 1 = 7 сходных технологи-