книги из ГПНТБ / Когут, А. Е. Выбор экономичных параметров машин при конструировании

тельно на этот вопрос можно ответить лишь в тех случаях, когда данная операция является узким местом и по условиям произ­ водства в целом нужно в короткий срок обеспечить выпуск требуе­ мого количества изделий, из-за отсутствия которых простаивает оборудование на последующих операциях технологического про­ цесса. При этом на предприятиях крупносерийного и массового производства экономичность применения режимов максимальной выработки в целях обеспечения в заданные сроки выпуска боль­ шого количества продукции должна быть доказана путем сравне­ ния величины перерасхода затрат из-за увеличения режимов обработки с затратами по увеличению количества дефицитных станков. В условиях острого дефицита рабочей силы можно ориен­ тироваться на режимы максимальной выработки, чтобы высвобо­ дить рабочих-станочников для других аварийных работ по обеспе­ чению выполнения заданного объема продукции. В таких случаях работа строится по принципу: «Выбирать из двух зол наименьшее». Лучше перерасход овеществленного труда на данных операциях, чем простаивание оборудования из-за отсутствия для них загото­ вок, станочников и срыв плана производства. Как исключение, такой принцип терпим, но он не экономичен с точки зрения повы­ шения общественной производительности труда. Экономия живого труда должна сочетаться с экономней овеществленного (прош­ лого) труда, получившего свою предметную форму в предыдущих производственных процессах, т. е. в средствах труда, энергии, топливе, транспортных средствах, материале обрабатываемой детали.

Выбор режимов резания по показателю наибольшей выработки станочника характеризуется односторонностью. Повышение выра­ ботки, отражая затраты живого труда, оставляет в стороне за­ траты труда овеществленного. Такой же односторонностью страдает и метод выбора режима работы станка по показателю наименьшей себестоимости операции. При этом не учитывается также и удель­ ная станкоемкость продукции, так как амортизация в себестои­ мости не отражает массы применяемых основных фондов-

Таким образом, работать на скоростях резания меньших, чем скорость резания ѵс, обусловившая достижение наименьшей себестоимости технологической операции, экономически не целе­ сообразно, так как не только будет снижаться величина выра­ ботки станочника, но и повышаться себестоимость операции.

Вести обработку на скоростях резания больших, чем скорость резания vq, обусловившая достижение наибольшей величины выработки станочника, экономически не выгодно, так как не только будет повышаться себестоимость операции, но и снижаться величина выработки станочника.

Поэтому зону скоростей резания [пс, vq] можно считать зоной экономически целесообразной интенсификации использова­ ния металлорежущего станка. Известны количественные взаимо­ связи параметров интенсивных режимов резания с величинами

110

В формулах (115), (118) и (119) показаны лишь те части затрат живого и овеществленного труда, которые зависят от режимов резания.

Существующая практика использует лишь крайние предельные значения режимов этой зоны. Большинство считает, что нормативы режимов резания следует ориентировать (и они так разработаны) на минимум себестоимости операции, а станочник-сдельщик лично заинтересован в режимах наибольшей выработки. Это связано с тем, что с увеличением скорости резания в диапазоне от ѵс до vq происходит возрастание выработки до максимума (чего и добивается станочник), достигая наибольшей экономии живого труда рабочего. Но в то же время значительно увеличи­ вается себестоимость операции и ее перерасход с лихвой «съе­ дает» эту экономию живого труда, принося неизбежное повыше­ ние издержек производства при изготовлении /'-й детали на г'-й операции; происходит снижение общественной производительности труда.

Зона технологически возможных режимов интенсивности об­ работки, например, [их, г>2], как правило, весьма различна и по величине и по расположению на координатной оси скоростей резания, чем экономическая зона интенсивных режимов обра­ ботки [ис, vq]. Обычно на оси скоростей резания бывает такое соотношение предельных величин этих зон ис <; Ці 0 9<Су2'

Иногда экономически выгодно использовать станок в зоне [ос, г»х ], когда для снижения себестоимости операции идут на увели­ чение продольных подач за счет уменьшения скоростей резания. Поэтому технологи не должны игнорировать экономические режимы зоны [ис, ѵг ].

Среди технологов и конструкторов, создающих новые модели оборудования, распространено интуитивное стремление в область более высоких режимов обработки, полагая зону [vq, ѵ2] наибо­ лее эффективной как с технической, так и с экономической точек зрения. Такая интуиция их подводит, так как она не имеет под собой экономического обоснования. Создавая новую модель станка, способного превысить режимы предшествующей модели в зоне [и9, ц2]> конструкторы идут на значительное усиление всей кинема­ тической схемы станка и на применение прогрессивного режущего инструмента, но соответствующего им прироста производитель­ ности станка на получают.

При проектировании новых качественных параметров станка следует учитывать и экономические требования к режущему инструменту, который в значительной мере определяет интенсив­ ность процесса обработки. Поэтому для выбора производительного режима следует соблюдать экономическое соответствие инстру­ мента и станка. Режущий инструмент не должен накладывать ограничений на технические возможности станка, т. е. недоис­ пользование станка по его кинематическим идинамическим возмож­ ностям не должно происходить по вине режущего инструмента.

112

значительного уменьшения Тсм, радикального снижения вели­ чины Г и т. д.), возможно передвинуть vq ближе к ѵ2-

С другой стороны, если в ближайший период функционирова­ ния существующей производственно-технической практики про­ мышленного предприятия (или даже отрасли) не предвидится возможностей освоения зоны потенциальной интенсификации (от vq до ѵ2) использования станка, то с позиции народного хо­ зяйства экономически несостоятельно будет решение осуществлять воспроизводство этихлмоделей станка даже на прежнем техническом уровне. Например, результаты анализа использования техниче­ ских параметров станка модели 1К62, который был проведен на пяти ведущих машиностроительных заводах Москвы показали следующее: по числам оборотов шпинделя станок используется не более чем на 50%; по предельным значениям величин продоль­ ной подачи'— не более чем на 17%; по мощности — не более чем на 20—30%; также и по другим важным параметрам станка [29]. При этом при переходе на выпуск последней мо­ дели 1К62 по сравнению с моделью 1А62 стоимость станка воз­ росла на 57%. Следует заметить, что и предпоследняя модель (станок 1А62) значительно недоиспользовалась по многим своим основным параметрам. Аналогичная картина по другим моделям металлорежущих станков [29].

Даже на примере одной модели станка 1К62 видно, как дорого для народного хозяйства обходится экономически неоправданный большой потенциальный резерв интенсификации по всем его пара­ метрам, указанным выше. Завышенные величины параметров требовали значительного усиления всех элементов кинетостатических и кинематических схем конструкции станка, высокой квали­ фикации его создателей (от проектантов-инженеров до рабочихстанкостроителей), отвлечение мощностей станкостроения. А все это оказывает влияние на снижение эффективности использова­ ния основных фондов машиностроения и производства в целом.

Технический прогресс реализует свое развитие в конкретных формах новых моделей стредств труда, которые экономически обоснованы. Далеко не каждый даже самый высокий технический уровень станка может быть оправдан.

11. РЕЖИМЫ НАИВЫСШЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИН

Интенсификация производства представляет собой экономи­ ческое явление, суть которого сам процесс снижения совокупных затрат живого и овеществленного труда, приходящегося на еди­ ницу продукции, а результат— повышение производительности общественного труда и эффективности производства. Поэтому интенсификация использования технологического оборудова­ ния является условием повышения эффективности производ­ ства.

114

Использование станка на предельных (меньших или больших) режимах их экономической зоны отражает тот или иной уровень его интенсификации.

Объективно существуют и самые экономичные параметры режи­ мов резания внутри экономической зоны, но до сих пор исследо­ ватели не нашли их количественного выражения. Нам предста­ вляется, что внутри зоны [vc, vq] есть скорость резания наивыс­ шей общественной производительности труда ѵ3 для конкретных условий обработки /-й детали при і-й операции, которая обусло­ вливает оптимальное сочетание величин себестоимости операции и выработки станочника, себестоимости и станкоемкости продук­ ции, наибольшую величину прибыли ЯП1ах, приходящуюся на данную і-ю операцию за определенный период работы станочника на данном станке (за час, смену, сутки и т. д.), и наименьшую величину совокупных затрат живого и овеществленного труда при і-й операции.

Исследователи всегда искали такие режимы интенсификации использования станка, которые оптимально соединяли бы в себе возможность обеспечения высокой выработки станочника и мини­ мальной себестоимости каждой технологической операции, изго­ товленной им.

Создатели новых машин, улучшая их качественные параметры, должны знать, что в экономической зоне находятся и более эко­ номичные интенсивные режимы обработки, соответствующие таким показателям, которые все в большей мере выражают требования критерия оптимальности — достижение минимума совокупных затрат труда, приходящихся на і-ю операцию. Поэтому целе­ сообразны поиски такого показателя оптимальности для выбора экономически интенсивных режимов обработки и для конструи­ рования прогрессивных моделей нового оборудования (станков).

Чем больше продукции производится на станке в единицу времени, тем выше его станкоотдача (фондоотдача), тем меньше станкоемкость продукции. Но этот обобщающий экономический показатель не увязан с минимизацией всех совокупных затрат живого и овеществленного труда на производство единицы про­ дукции, изготовленной на данном станке, и в значительной мере теряет свои обобщающие достоинства.

Хозрасчетные интересы предприятия требуют не максималь­ ной, а оптимальной величины станкоотдачи, полученной при режимах экономичной интенсификации использования станка и режущего инструмента, которые обеспечивают сочетание опти­ мальных величин трудоемкости, станкоемкости и себестоимости каждой единицы продукции, позволяя достичь максимальной величины прибыли на каждой технологической операции.

Если в экономической зоне при увеличении интенсивности режимов обработки возрастает себестоимость (кривая зависи­ мости себестоимости от режимов обработки имеет экстремальный характер) Сх, то соответственно уменьшается величина прибыли П,

Приходящаяся на единицу изделия. Но в то же время идет про­ цесс возрастания величины выработки за единицу времени q. Тогда для любой величины скорости резания (для любого интен­ сивного режима обработки) можно найти величину прибыли Pyq, соответствующую той же единице времени работы станка. И мак­ симальная ее величина Ятах будет соответствовать минимальным совокупным затратам живого и овеществленного труда, приходя­ щимся на единицу продукции при выполнении і-й операции.

Аналитическим путем была получена величина стойкости ин­ струмента, которая соответствует наиболее экономичному режиму использования станка, и скорость резания.

Нам представляется, что предлагаемые ниже аналитические зависимости отражают эту взаимосвязь и соответствуют требова­ ниям наиболее эффективных величин стойкости режущего инстру­ мента Тэ, скорости резания ѵэ и максимальной величины при­ были /7тах, приходящейся на і-ю операцию за час работы ста­ ночника на данном станке (для конкретных условий жесткости системы СПИД данного станка):

2 Б ) +

щая не свое экстремальное (минимальное) значение, а оптималь­ ную величину относительно достижения Лтах; qonT— выработка станочника, выражающая не свое экстремальное (максимальное) значение, а оптимальную ее величину относительно достиже­ ния Птах.

Для частного неоптимального режима прибыль можно найти

любой частной величиной скорости резания, коп./шт.; Ру — при­ быль, приходящаяся на одну штуку (деталеоперацию) при выпол­ нении і-й операции, коп./шт.

Поэтому формула (122) может иметь и другую модификацию

116

Иснижение удельной станкоемкости продукции, что соответствует интересам предприятия и народного хозяйства при интенсифика­ ции производства; но это явление сопровождается повышением себестоимости единицы изготовляемой продукции (и соответствую­ щим снижением величины прибыли), т. е. повышением доли ове­ ществленного труда, приходящегося на единицу продукции, и снижением динамики интенсификации производства;

2) экономически интенсивное использование станка должно обеспечить оптимальное сочетание величин себестоимости еди­ ницы продукции и выработки станочника за единицу времени его работы, что должно соответствовать достижению наиболее эконо­ мичных величин станкоотдачи (станкоемкости) и производитель­ ности оборудования (выработки станочника). При создании новой машины следует учитывать, что в интересах предприятия и об­ щества повышение интенсивности использования оборудования и инструмента должно быть экономичным.

Для достижения экономичной интенсификации станка необхо­ димо задаваться величиной стойкости инструмента, рассчитан­ ной, исходя из интересов производства, аналитическим путем (например, стойкостью инструмента для максимизации прибыли при выполнении і-й операции). Выбранная стойкость принимается для условий і'-й операции величиной постоянной, которая обеспе­ чивается соответствующими значениями величин параметров ре­ жима резания, и в то же время данная совокупность параметров обусловит достижение тех затрат живого и овеществленного труда на і-ю операцию, на которые они были ориентированы.

Величины Сх опт и уопт рассчитываются по формулам (115), (118), (119), когда в них подставляются значения Тэ и ѵэ (и пред­ варительно полученные величины tM, ішт). Соблюдаются условия, когда режущий инструмент соответствует станку и не налагает ограничений на полное его использование по мощности, кото­ рая необходима для выполнения данной технологической опера­ ции.

Порой технологи допускают неэкономичное сочетание станка и инструмента. Это пример отрыва технологических требова­ ний («надо обработать») от экономических («дешевле обрабо­ тать»). Оптимальный режим резания может быть найден и при неэкономичном сочетании инструмента и станка, но в этом случае находят лучший из плохих, неэкономичных вариантов величин параметров режима резания, которые определят сравнительно высокую себестоимость обработки и малую производительность при данной операции, т. е. практически произойдет снижение интенсификации использования станка и инструмента.

Часто зона технологически возможных скоростей резания [»ц п2] на координатной оси может занимать иное положение, чем зона экономических скоростей резания [ѵс, uq], и тогда экстремум функции кривой Руq = / (ѵ) будет находиться за пределами зоны [ux, иа]. Иначе говоря, рассчитанные аналитическим путем

117

величины Тэ и гіэ будут не достижимы и не приемлемы ДЛЯ усло­ вий і-й операции, т. е. величина Тэ будет больше или меньше допустимых значений [Т^, Т 2].

В этих случаях устанавливается лишь характер ветви функ­ циональной кривой Pyq = f (V), проходящей в зоне технологи­ чески возможных скоростей резания [ѵѵ оа], и принимается в ка­ честве экономичной скорости резания та ее величина (ÜJ или ѵ2), которая соответствует наибольшей возможно достижимой вели­ чине прибыли. Технически этот прием весьма прост: если Тэ —

— T t > 0, то в качестве наиболее эффективной скорости резания принимают величину ѵѵ т. е. наименьшую технологически допу­ стимую скорость. А соответствующее ей значение стойкости ин­ струмента Т 1 определяется из формулы (121), в которой вместо ѵэ подставляется значение и уравнение решается относительно Т; если Тэ— Т{ < 0 , то принимают величину ѵ2 (максимально до­ пустимую скорость резания) как наиболее эффективную. TL— любое значение стойкости инструмента, соответствующее зоне технологически возможных скоростей резания [их, ѵ2]. Таким образом, если величины Тэ и ѵэ, рассчитанные по формулам (120) и (121), выходят за пределы технологически возможной зоны ис­ пользования станка, то в качестве экономичных принимают те предельные технологически возможные параметры режимов, кото­ рые наиболее близки к экономичным.

Для определения величины наибольшей достижимой прибыли можно использовать формулы (115), (118), (119) и (122), где в ка­ честве экономичных значений принимаются величины ѵх и Т г

(или ѵ2 и Т 2).

Цена операции для условий і-й операции является величиной постоянной. Точность и строгость определения ее величины необходима лишь при сравнении вариантов выполнения одной и той же операции на разных станках. При этом оптимизации подвергались только те части штучного времени выполнения опе­ рации, которые зависят от режимов работы машины (например, от режимов резания). Если уменьшить другие составляющие эле­ менты штучно-калькуляционного времени, независимые от режи­ мов работы машины, то величина выработки возрастет (и соответ­ ственно возрастет величина прибавочного продукта) за счет интен­ сификации живого труда станочника, но эти вопросы уже выходят за пределы данной работы и не подлежат дальнейшему рассмо­ трению.

Экономическую результативность любого производственного процесса можно выразить в следующем виде:

S ’

где R — объем продукции, произведенной на данном оборудова­ нии за определенный отрезок времени, шт; S — затраты живого и овеществленного труда, которые потребовались на производ­

ив

ство этого объема продукции, руб. Естественно стремление к боль­ шей результативности, т. е. наибольшему объему продукции на единицу совокупных затрат труда. Экономическую результатив­ ность можно выразить иначе, т. е.

_S_

R’

истремиться к минимизации затрат на единицу продукции. При этом числитель может включать разный состав затрат. На­ пример: затраты 5 могут быть представлены лишь затратами живого труда. В таком случае использование станка ориенти­

руется на режимы минимального штучного времени выполнения операции (режимы максимальной выработки рабочего-станочника). Они могут быть представлены только себестоимостью и тогда ис­ пользование станка ориентируется на режимы наименьшей себе­ стоимости операции.

Выше было показано, что предельные значения экономической зоны характеризуют достижение оптимальных значений лишь только некоторых частей совокупных затрат труда, потребляемых в производственном процессе по изготовлению единицы продук­ ции. Следует заметить, чем уже экономическая зона, тем в меньшей мере различаются показатели оптимальности, приближаясь по своей величине и по составу затрат к критерию оптимальности, этим упрощается задача создателей машин, которые будут эксплуа­ тироваться на высокоэкономичных режимах интенсивного их использования. Но чем шире эта зона, тем более обстоятельно следует аргументировать выбор показателя оптимальности, стре­ мящегося выполнять функции критерия.

Полный состав всех затрат живого и овеществленного труда на і-ю операцию тоже будет изменяться под влиянием режимов интенсификации по функциональной кривой экстремального вида. А минимальная его величина (ОНЗТ,- — общественно необходи­ мые затраты труда на і-ю операцию) будет соответствовать наи­ более экономичному режиму интенсификации станка и инстру­ мента (при условии, что станок полностью используется по мощ­ ности его двигателей).

Выявить ОНЗТ операции практически сложно. Поэтому в ра­ боте предлагается иной подход. Допустим, что мы знаем цену операции цр которая соответствует общественно необходимым затратам труда на ее выполнение, т. е. ОНЗТг = цр и на опреде­ ленный отрезок времени будет величиной постоянной (ці = const). Разность между себестоимостью и ценой операции дает нам при­ быль, которую надо максимизировать с учетом влияния произ­ водительности (выработки) станочника.

При каждом режиме интенсивного использования станка и инструмента обеспечивается своя величина прибыли за время t, которая является экономической результативностью данного режима. И чем больше эта результативность, тем экономичнее

1 \ 9