книги из ГПНТБ / Технические и экономические основы литейного производства

ционных потоков позволяет сравнить существующий и предла­ гаемые варианты. Необходимость количественного анализа обу­ словлена также выбором типов ЭВМ и другой вычислительной техники и обслуживающего оборудования. Передача информа­ ции оценивается при этом с точки зрения количественных при­ знаков, а не смысла передаваемых сообщений. Основной про­ блемой теории информации является создание наиболее эф­ фективных форм передачи сведений при сохранении их макси­ мальной достоверности. В производственных условиях переда­ ча технологической и планово-экономической информации про­ изводится в виде сообщений, которые обычно состоят из сим­ волов, задаваемых буквами или цифрами.

При определении объема информации используются два спо­ соба: объем информации оценивается количеством сформирован­ ных документов, количеством заполненных строкограф, числом получаемых сообщений; второй, более объективной оценкой объема информации, является измерение его количеством кодо­ вых символов. Число возможных значений показателя (сообще­ ния) N будет равно:

N = т п,

где т — количество используемых символов для определения данного показателя; п — число знаков в сообщении при сигналь­ ной и документальной передаче информации или количество слов при устном сообщении.

Количество информации / определяется в двоичных единицах

формация, содержащаяся в наиболее простом элементарном со­ общении, что соответствует случаю т — 2, п = 1. Например, если брака нет — 0, если брак есть— 1, т. е. возможны два ис­ хода при одном знаке определения этого показателя. Такая еди­ ница информации получила название бит; 8 бит равны 1 байту.

Втабл. 28 приведены данные о количестве информации, под­ считанной для рассмотренной выше схемы информационных по­ токов (см. рис. 34). Количество информации можно уменьшить,

апотоки улучшить сокращением некоторых документов и повто­ ряющихся показателей, а также модернизацией каналов связи,

вчастности, устройством звуковой и световой сигнализации, све­ товых табло, дополнительных телефонных линий связи и пр.

Вкачестве примера покажем расчет количества информации для некоторых из 20 показателей, передаваемых сменным рапор­ том. Первый показатель — дата. В нем содержится 6 цифр, на­ пример, 05/03—70 или 12/11—70. Для распознавания даты необ-

Таблица 28

Объем информации, находящейся в обращении в формовочно-заливочно-выбивном отделении чугунолитейного цеха

ходимы только четыре цифры: две первые означают число, две

получен такой же результат, если рассматривать дату как единое четырехзначное число, у которого вариация цифр в среднем рав­ на 6,5, т. е. (4 + 10 + 2 + 10) : 4 = 6,5.

Второй показатель — смена — содержит один знак, вариация которого равна 3. Количество информации равно 1,6 (log23'). Номер заказа (третий показатель) содержит шесть цифр, вариа­ ция которых в среднем равна: 5,6; / = log25,66 = 15 бит. Наиме­ нование детали содержит в среднем восемь букв, вариация кото­

водскому классификатору всего 20-1 = log220 = 4,2 бит. Таким же образом рассчитывается количество информации по осталь­ ным показателям.

При-автоматической передаче информации часть показателей исключается, например наименование детали при наличии ее но­ мера, а также фамилия рабочего, когда имеется его табельный номер. Чем цех более механизирован, тем более разветвленными

132

и более емкими должны быть информационные потоки, которые необходимо проектировать так же, как транспортные потоки и другие элементы процесса.

Организация оптимальных потоков информации состоит, вопервых, в оптимизации количества информации (вся необходи­ мая информация должна быть представлена минимальным количеством бит) и, во-вторых, в выборе таких средств, которые обеспечивают максимальную скорость и достоверность переда­ ваемой информации. Однако здесь возникает сложность в опре­ делении как критерия оптимизации, так и целевой функции. От­ сутствие единой методики вынуждает при решении конкретных задач принимать в качестве критериев оптимизации относитель­ но частные показатели. В частности, В. Н. Федотов выбирает в качестве критерия оптимизации суммарную кратность передач документов по маршрутам их движения и пытается решать эту задачу с помощью транспортной модели линейного программиро­ вания. Автор показывает сходство структурных компонентов транспортной модели с элементами движения потоков информа­ ции в производственных подразделениях:

Другие авторы минимизируют «коэффициент абсолютной из­ быточности» информации, понимая под избыточностью повторе­ ние одних и тех же данных в разных формах документов.

Логический и математический анализ информационных пото­ ков показывает, что их оптимизация может быть решена только на базе комплексного критерия, при разработке которого будем исходить из следующих положений:

1. В каждом документе или группе документов (сообщений) должно содержаться максимум полезной информации, т. е. коэф­ фициент избыточности информации к язq рассматривается в дан­ ном случае как отношение полезной (недублирующейся и непов­ торяющейся) информации /п = / — /изб к полному количеству ин­ формации, передаваемой документом или группой документов (сообщений):

где /„зб — избыточное количество информации.

133

2. Содержащаяся в каждом документе или группе докумен­ тов (сообщений) информация должна полностью удовлетворять

где /„ — недостающее количество информации.

3.Количество транспортируемых документов (сообщений) k должно быть минимальным (предусматривается их максимально возможная насыщенность).

4.Скорость передачи информации — скорость передачи доку­ ментов (сообщений) должна быть максимальной.

Исходя из этих положений, за критерий оптимизации С при­

мем количество полезной и достаточной информации, содержа­ щейся в среднем в одном документе (сообщении), передаваемом в единицу времени. Целевая функция строится на базе формул (58) — (60) и будет равна

в литейных цехах методами формирования и передачи информа­ ции, так и с автоматической системой управления производством.

4. АНАЛИЗ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ ЛИТЕИНОГО ЦЕХА

Одна из важных задач, решаемых при проектировании или реконструкции литейного цеха,— это оптимизация грузопотоков. Обычно анализируется грузооборот цеха, измеряемый в тоннах транспортируемых грузов, соотнесенных к 1 т годных отливок. Значительный грузооборот в литейных цехах обусловли­ вается большой номенклатурой исходных материалов, исполь­ зуемых при изготовлении отливок, и многообразием технологиче­ ских операций, осуществляемых на разнохарактерном оборудо­ вании. Объем транспортных работ и затраты на их осуществление возрастают с увеличением уровня механизации и автоматизации производственных процессов, повышение которо­ го связано, как правило, с расчленением операций и, следова­ тельно, образованием дополнительных перемещений различных грузов. Удельный объем затрат на транспортные работы, рассчи­ танный по результатам обследования ряда механизированных

134

затраты на транспортные работы достигают 20% себестоимости отливок. Структура затрат на осуществление транспортных опе­ раций приведена в табл. 30. Помимо прямого удорожания отли­ вок, необоснованное решение или удлинение транспортных пото­ ков, недостаточная скорость транспортных устройств приводят к снижению производительности процесса в целом и ухудшению качества отливок. Так, например, удлинение линий транспорти­ рования жидкого металла приводит к дополнительному его ос­ тыванию, излишние перевалки кокса при ваграночном процес­ се — к его дроблению; при излишних перемещениях формовоч­ ной смеси ухудшаются ее свойства.

Помимо анализа транспортного процесса по весу перемещае­ мых грузов некоторыми исследователями оценивается путь перемещаемых грузов. В частности, исследование, проведенное американскими инженерами, показало, что оптимизация грузо-

135

потоков позволяет сократить грузооборот с 200 до 90 т на 1 т годных отливок.

Оптимизация грузопотоков, которую можно применить при поэлементном построении производственного процесса, устанав­ ливается исходя из количества перемещения по каждому транс­ портному элементу, представляющего собой произведение массы груза на путь его перемещения и оцениваемого в тонно-метрах. Количество перемещения W , необходимое для производства 1 т отливок, определяется по формуле

где g i — масса груза по і-му транспортному элементу в кг; 5 , — путь перемещения груза по і-му транспортному элементу в м; Р і — масса отливок в т, обеспечиваемая осуществлением одного і-го транспортного элемента процесса (і = 1, 2, ..., Літр).

По определенным группам операций и по производственному процессу в целом определяется коэффициент количества переме­

При поэлементном анализе можно также раздельно анализи­ ровать массу транспортируемых грузов и путь их перемещения:

1 т мелких отливок составляет в среднем 241 т, из которых 62%

ляемых вручную, составляет только 10,5%. Это обусловливается тем, что средний путь грузоперемещений, осуществляемых меха­ низмами, составляет 20 м, а вручную — только около 4 м. Одна­ ко и эти 10,5% обусловливают большой объем трудозатрат.

136

ГЛАВА IV

ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ И АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХАХ

I. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ И АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Целесообразность построения автоматических систем в литей­ ных цехах определяется, помимо достижения прямого экономи­ ческого эффекта, следующими факторами.

1.Повышение точности. Обеспечивается получение оптималь­ ных значений параметров процесса и их стабильность, а также возможность учесть неконтролируемые вручную параметры. Сни­ жается энтропия, т. е. неопределенность процесса, и, как резуль­ тат этого, повышается качество отливок и резко снижается объем брака.

2.Сокращение трудовых затрат. Обеспечивается резкое со­ кращение или полная ликвидация физического труда производ­ ственных рабочих при частичной замене его умственным трудом, связанным с функциями управления и контроля. Вместе с тем следует заметить, что эксплуатация автоматических систем тре­ бует значительных трудозатрат, направленных на обеспечение работоспособности системы (ремонтная и энергетическая служ­

бы, наладка и пр.).

3. Повышение выпуска. Обеспечивается значительное повы­ шение объема изготовляемой продукции с 1 м2 производственной площади, увеличивается интенсивность и соответственно произ­ водительность процесса.

Практически при построении автоматических систем не всегда удается достичь хороших показателей по всем перечисленным факторам,- Однако наибольшую эффективность при внедрении средств автоматизации обеспечивает первый фактор — повыше­ ние точности. Здесь необходимо отметить, что если при построе­ нии производственных систем невозможно с помощью средств автоматики или кибернетики повысить точность показателей процесса, то систему нужно создавать как комплексно-механи­ зированную, а не автоматическую, так как для автоматической системы требуется примерно в 2 раза больше капитальных за­ трат, чем для комплексно-механизированной системы, и эти за­ траты могут не окупиться.

Как уже отмечалось, сложность литейных процессов и вероят­ ностный характер их параметров обусловливают сложность авто­ матизации производственных процессов в литейных цехах.

138

Вместе с тем в отличие от других процессов обработки металлов ■специфика литейного производства такова, что в большинстве литейных цехов создаются однотипные производственные систе­ мы независимо от марки сплава, размеров и конфигурации от­ ливок. Это облегчает типизацию решений по созданию автомати­ ческих систем, а также механизацию и автоматизацию производ­ ственных процессов в целом.

Литейное производство принято, как уже упоминалось, под­ разделять на два типа: литье в обычные формы — в основном в разовые песчано-глинистые формы, составляющее более 80% объема выпуска отливок, и специальные способы литья. Число этих способов непрерывно растет, и все они направлены на обес­ печение высокой размерной точности и повышение чистоты по­ верхности отливок.

Автоматизация производства отливок специальными спосо­ бами литья зависит главным образом от серийности отливок и объема их выпуска. Так, например, в некоторых цехах крупно­ серийного и массового производства установлены и успешно эксплуатируются автоматические линии стального литья по вы­ плавляемым моделям, в то время как большинство цехов сталь­ ного литья, характеризующихся небольшим объемом выпуска отливок и большой их номенклатурой, имеют сравнительно низ­ кий уровень механизации и автоматизации производственных процессов.

Аналогичная картина наблюдается и в литейных цехах, изго­ товляющих отливки в разовых песчано-глинистых формах. Оче­ видно, что специализация и концентрация производства являются

в литейных цехах автоматические системы можно подразделить на несколько групп:

1. Системы, требующие и предметной, и технологической спе­ циализации. К этой группе относятся процессы изготовления литейных форм и стержней. Предметной специализацией, в част­ ности для процесса изготовления форм, определяются развес и габариты отливок, подлежащих выпуску определенной автомати­ ческой системой. Задачей технологической специализации яв­ ляется установление номенклатуры отливок, требующих наличия

формы.

2. Системы, требующие только технологической специализа­ ции. К этой группе относятся процесс выплавки сплава и процес­ сы приготовления формовочных и стержневых смесей. Указанные процессы должны обеспечить только заданное качество отливок независимо от их развеса и конфигурации.

139

а также транспортные системы — например, транспортирование стержней и отливок. Здесь предметная специализация обуслов­ ливает характер системы в зависимости от массы и конфигурации отливок в широком диапазоне: мелкие, средние, крупные, тяже­ лые отливки.

4. Системы, не зависящие от специализации производства, но обусловленные его концентрацией. К этой группе можно отнести системы набора, взвешивания и загрузки шихты в плавильный агрегат, а также транспортные системы, связанные с транспорти­ рованием смесей как готовых, так и отработанных.

Самостоятельные информационные и управляющие системы создаются в зависимости от серийности производства и его кон­ центрации. Чем больше объем выпуска отливок и чем больше их номенклатура, тем качественно сложнее должны быть информа­ ционные и управляющие системы. Однако следует еще раз за­ метить, что основным критерием выбора того или иного типа автоматической системы является точность, с которой задано получение показателей качества изготавливаемых отливок (ме­ ханические, физические и другие свойства, геометрическая и ве­ совая точность, чистота поверхности и пр.).

Технически и экономически эффективная автоматическая система создается в результате решения ряда задач, основные из которых рассмотрены в предыдущих главах.

Методика построения автоматических систем и в общем виде производственных систем иллюстрируется ниже на конкретных примерах из практики. В процессе построения автоматической системы можно выделить несколько этапов, каждый из которых характеризуется рядом особенностей и требует привлечения раз­ личных специалистов.

На подготовительном этапе определяются номенклатура и объем выпуска отливок, подлежащих изготовлению в проекти­ руемой системе, и устанавливаются варьируемые и контролируе­ мые параметры процесса, обеспечивающие получение заданных показателей процесса. В этом случае необходимо наличие мате­ матической модели или хотя бы эмпиричёских зависимостей, связывающих заданные показатели качества отливок с парамет­ рами и показателями литейных процессов. Одновременно опре­ деляются оптимальные значения варьируемых параметров про­ цесса для выбранной номенклатуры отливок и устанавливается область их допустимых значений.

Построение системы начинается с разработки технологичес­ кой схемы, которая состоит в определении количества и содержа­ ния технологических элементов процесса. Например, для процес­ са выплавки чугуна необходимо решить, будет ли применен моноили дуплекс-процесс, и выбрать соответствующий плавиль­ ный агрегат, исходя из требований к качеству отливок, условиям

140