книги из ГПНТБ / Технические и экономические основы литейного производства

производимых станков, повысилась их сложность, точность, воз­ рос удельный вес автоматических станков и линий.

Во всех отраслях машиностроения ежегодно расширяется номенклатура изделий, осваивается выпуск новых, более производительных видов оборудования. Так, в автомобильной промышленности систематически повышается показатель сред­ ней грузоподъемности одной машины. Если в 1958 г. он состав­ лял 3,2 т, в 1965 г.— 3,7 т, то к 1970 г. он увеличился до 4,62 т. Одновременно с этим снизилась удельная металлоемкость на единицу мощности одной средней машины на 11 %.

В современных условиях развития техники такие понятия, как автомобиль, трактор, металлорежущий станок и другие виды продукции машиностроения, слишком общие и всеобъем­ лющие. Вот почему представляется, что рассмотренная выше динамика потребления отливок на производство отдельных главнейших изделий машиностроения безотносительно к кон­ структивным особенностям не отражает каких-либо закономер­ ностей. Для выявления действительных взаимосвязей, склады­ вающихся в процессе развития отдельных отраслей машино­ строения и литейного производства, целесообразно провести такое сопоставление относительно какого-либо единого объек­ тивного показателя, характеризующего конструктивные и

показателем может служить один условный трактор мощностью 15 л. с. Пересчитав общий выпуск всех тракторов в физических единицах в условные 15-сильные, можно выявить тенденцию удельного потребления отливок на производство одной условной машины. Такие расчеты произведены нами по тракторной про­ мышленности и предприятиям, производящим металлорежущие станки.

За период 1955— 1971 гг. производство тракторов в пересчете на 15-сильные увеличилось в нашей стране с 314 до 1216 тыс. шт., т. е. в 4 раза. Удельный расход всех видов отливок на производ­ ство одного условного трактора снизился на 20%, причем такое же снижение произошло как по чугунным, так и по стальным отливкам. Удельное потребление отливок из сплавов цветных металлов увеличилось за те же годы на 33,3%.

На предприятиях станкостроения объективным показателем, относительно которого можно проследить тенденции развития литейного производства в этой отрасли, следует принять 1 т

41

массы станков. За рассматриваемый период удельное потреб­ ление чугунных отливок на тонну массы металлорежущих стан­ ков изменилось несущественно. Если в 1955 г. в производстве металлорежущих станков в среднем на 1 т йх массы расходова­ лось 0,933 т чугунных отливок, то в 1971 г. 0,900 т, т. е. всего лишь на 3,5% меньше. Приведенные сопоставления дают основа­ ние сделать вывод, что наиболее полно и объективно тенденции развития литейного производства по отдельным предприятиям и отраслям машиностроения отражаются в показателях удель­ ного расхода отливок относительно качественных характеристик

ные особенности тех или иных изделий, и объемом их валовой продукции. Известно, что с созданием новых высокопроизводи­ тельных машин и различного оборудования повышается и цена на эти изделия. В конечном итоге это находит свое отражение в росте объема валовой продукции, хотя выпуск изделий в нату­ ре может при этом не увеличиваться. Поскольку между этими показателями существует тесная взаимосвязь, то, очевидно, динамика удельного потребления отливок относительно каждого из них достаточно объективно отражает тенденции развития литейного производства. С увеличением объема валовой продук­ ции в определенной пропорции, характерной только для данной отрасли, растет и потребление отливок. Так, например, по отрас­ ли сельскохозяйственного машиностроения за период с 1955 по 1960 гг. валовая продукция увеличилась на 90%, а потребление отливок возросло на 45%. Примерно такое же соотношение сохранилось и в последующем пятилетии. В автомобильной промышленности в течение 1955— 1960 гг. сложилось устойчивое соотношение между ростом объема валовой продукции и ростом потребления отливок — оно составило 2 : 1. В последующие годы это соотношение изменилось, однако оно оставалось в течение нескольких лет довольно устойчивым. Наиболее тесные и устой­ чивые связи обнаруживаются между ростом объема производ­ ства на отдельных предприятиях и в отраслях промышленности, выраженном в условно-натуральном измерении, и потреблением отливок. Полученные таким путем данные могут быть исполь­ зованы для обоснования краткосрочных прогнозов развития

42

базой для определения перспективных потребностей в различ­ ных видах литья является удельное потребление отливок относительно качественных характеристик производимых изде­ лий. При расчетах потребности в отливках особую сложность представляет обоснование нормативов расхода отливок по каж­ дому виду изделий. Помимо тенденций, выявленных при анализе норм потребления отливок на каждый, конструктивно отличный вид изделия, следует по возможности полнее учесть и те изме­ нения, которые могут произойти в последующем в структуре потребления-заготовок и балансе используемых конструкцион­ ных материалов. Здесь имеется в виду замена некоторых литых заготовок сварными конструкциями или изделиями из синте­ тических материалов. Очевидно, единственной возможностью учета предполагаемых изменений в конструкции производимых машин, а следовательно, и норм потребления отливок, является изучение и анализ тех тенденций, которые обнаруживаются за предшествующий период. При этом желательно, чтобы такие данные базировались на анализе, охватывающем возможно больший период времени.

Основываясь на подобных данных, можно с достаточной сте­ пенью достоверности определить перспективную потребность в отливках для производства тех или иных видов изделий маши­ ностроения. Разумеется, опять-таки здесь речь идет о кратко­ срочных прогнозах на период до 10 лет. Практика показывает, что за более длительный период времени в конструкции произ­ водимых машин могут произойти такие значительные изменения, которые существенно изменяют структуру и характер потребле­ ния конструкционных материалов. Располагая данными о тен­ денциях удельного потребления отливок относительно конструк­ тивных характеристик изделий, намечаемых к производству, и зная планируемый объем производства таких изделий, можно прямым счетом определить перспективную потребность в отлив­ ках по каждому предприятию.

Отмечая определенные достоинства излагаемой методики, следует указать и на ее недостатки, к числу которых относится прежде всего трудоемкость выполнения расчетов. Предложен­ ная методика может быть эффективно применена только в рам­ ках специализированных заводов, выпускающих ограниченную номенклатуру изделий,— тракторных, автомобильных, станко­ строительных. Для обоснования краткосрочных прогнозов разви­ тия литейного производства в какой-либо отрасли машинострое­ ния представляется целесообразным применение другой, более упрошенной методики определения потребности в заготовках. Суть этой методики состоит в том, что на основе анализа тенден­ ций удельного потребления отливок, выявленных за прошлые годы, устанавливаются нормативы расхода отливок на производ­ ство валовой продукции в 1 млн. руб. на ближайшую перспек­ тиву. Анализ таких тенденций за длительный период времени

4а

может быть положен в основу расчета специальных коэффици­ ентов, учитывающих темпы ежегодного снижения удельного расхода отливок. Так, например, в машиностроении Украинской ССР за последнее десятилетие расход чугунных отливок на производство 1 млн. руб. валовой продукции ежегодно сни­ жается на 5—6%. Учитывая эту тенденцию, можно определить коэффициент снижения удельного расхода отливок на последую­ щие годы. В данном случае при таком же ежегодном снижении удельного расхода отливок на 5% соответствующие коэффици­ енты будут равны: для первого года 0,950; для последующих лет 0,902; 0,856; 0,813 и т. д. Исчисление таких коэффициентов наиболее правильно производить по отдельным отраслям маши­ ностроения. Таким путем можно учесть те специфические особен­ ности и различия, которые проявляются в пропорциях развития различных отраслей машиностроения.

Итак, для обоснования перспективных потребностей в отлив­ ках отдельных специализированных предприятий машинострое­ ния целесообразно основываться на данных о тенденциях удельного потребления отливок относительно объективных пока­ зателей, характеризующих конструктивные особенности произ­ водимых изделий.

В масштабе отдельных отраслей машиностроения обоснова­ ние краткосрочных прогнозов развития литейного производства наиболее целесообразно проводить на основе анализа тенденций удельного расхода отливок на производство единицы стоимости валовой продукции. Такая же методика может быть рекомендо­ вана и для других немашиностроительных отраслей промышлен­ ности. Для обоснования прогнозов развития литейного произ­ водства страны определенный интерес представляет изучение зависимостей, которые складываются между темпами развития всех отраслей машиностроения и металлообработки и потреб­ лением отливок. Поскольку рассмотренные выше взаимосвязи носят характер общих закономерностей промышленного разви­ тия, можно, основываясь на этих данных, строить долгосрочные прогнозы для литейного производства.

То же самое относится и к взаимосвязям, складывающимся между темпами развития всей промышленности страны и литей­ ного производства. Анализ и обработка статистических данных за 17 лет — с 1955 по 1971 гг.— позволили установить опреде­ ленную зависимость между темпами роста всей промышленности, отраслей машиностроения и металлообработки и темпами роста литейного производства. В связи с этим для исследования указанных зависимостей были использованы методы корреля­ ционного анализа. При исследовании взаимосвязи было выде­ лено влияние на рост производства отливок только одного интересующего нас фактора — темпов роста всей промышленно­ сти или темпов роста машиностроения и металлообработки. Такой фактор, как темпы роста производства, является доста­

44

точно всеобъемлющим, учитывающим в определенной мере и такой важный фактор, как технический прогресс в промышлен­ ности. Что касается сдвигов в отраслевой структуре промышлен­ ности, то учет такого фактора, как и некоторых других, влияющих на темпы роста производства отливок, весьма затруд­ нителен, и потому приходится от них абстрагироваться.

Таким образом, в результате проведенных расчетов установ­ лено, что коэффициент корреляции равен 0,97, т. е. очень близок

Рис. 1. Зависимость темпов роста валовой продукции промышленности и литейного производства СССР за

1955— 1971 гг.:

1 — эмпирическая линия регрессии; 2 — теоретическая линия ре­ грессии (ух = 18,9 + 0,440 дг)

к единице. Это значит, что влияние остальных факторо-в на развитие литейного производства весьма незначительно.

Таким же оказывается и коэффициент парной корреляции, характеризующий тесноту связи между темпами роста валовой продукции машиностроения и металлообработки и литейного производства страны. Устойчивая корреляционная связь между развитием литейного производства и всей промышленностью существует во всех странах мира. Причем в каждой стране ко­ эффициент корреляции имеет разное значение. Так, в США он составляет 0,92; в Англии — 0,91; в ФРГ — 0,85; в Швеции —

0,99; в Югославии — 0,995.

На основе проведенных расчетов построены соответствующие эмпирические линии регрессии (рис. 1, 2). Алгебраическую за­ дачу выравнивания этих линий можно представить следующим образом. Если темпы роста литейного производства у зависят от ряда переменных факторов, т. е. у = f ( x , z, ѵ и т. д.), то задача выравнивания заключается в том, чтобы проследить, как темпы роста выпуска отливок изменяются под влиянием одного только фактора — темпов роста валовой продукции всей промышленно­ сти, или, что то же самое, темпов роста продукции машинострое­ ния и металлообработки, принимая все остальные факторы по­

45

стоянными. Анализ приведенных графиков показывает, что эмпи­ рическая линия регрессии имеет вид прямой и выражается урав­ нением

Ух — аи + а \х -

где у х — среднее значение темпов роста литейного производства, обусловленное влиянием только одного фактора — темпов роста валовой продукции всей промышленности или отраслей машино­ строения и металлообработки; х — темпы роста валовой продук­ ции всей промышленности или отраслей машиностроения и ме-

уіплн.т.)

Рис. 2. Зависимость между объемом валовой продукции ма­ шиностроения и металлообработки и производством отли­ вок в СССР за 1955— 1971 гг.:

/ — эмпирическая линия регрессии; 2 — теоретическая линия ре­ грессии (Iіх " 23,8 + 0,23 X)

таллообработки; а 0 и аі — величины, определяющие влияние других факторов на темпы роста литейного производства.

По принятому нами условию эти величины являются постоян­ ными, и значения их определяются по способу наименьших квад­ ратов, который приводит к системе нормальных уравнений сле­ дующего вида:

n a Q + a ( L x = Еу; а02х + а ^ х 2 — Ехг/.

Итак, располагая данными о намечаемых на перспективу темпах роста валовой продукции всей промышленности (х), мож­ но, пользуясь приведенной выше формулой, определить, какими должны быть темпы развития литейного производства страны

( у х ) . Для этого необходимо подставить соответствующее значе­ ние X и решить уравнение. Однако полученные таким путем дан­

ные о перспективной потребности всей промышленности страны в литых заготовках должны быть подвергнуты соответствующей корректировке. Объясняется это тем, что применяемая методика исчисления валовой продукции промышленности допускает по­ вторный счет продукции. Причем по мере дальнейшего углубле­ ния специализации производства и развития кооперированных связей повторный счет продукции возрастает. Относительным по­ казателем, характеризующим величину повторного счета продук­

46

ГЛАВА U

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Научно-технический прогресс в литейном производстве на­ правлен на построение такого производственного процесса, при котором высокое качество отливок сочетается с оптимальными трудовыми, материальными и энергетическими затратами.

Внастоящей главе рассматриваются методы моделирования

иоптимизации технических решений, а в главах III и IV — струк-

турообразование производственных процессов и, собственно, по­ строение механизированных и автоматических систем в литейных цехах.

I. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Алгоритмы расчета необходимых значений технологических параметров выражают в форме математических моделей, пред­ ставляющих собой систему уравнений, связывающих параметры и показатели литейных процессов. Для построения математичес­ ких моделей удобнее всего использовать методы математической статистики, так как параметры литейных процессов носят веро­ ятностный характер. Вероятностность литейных процессов обус­ ловливается двумя основными факторами. Во-первых, это недо­ статочно равномерное качество исходных шихтовых и формовоч­ ных материалов и значительный разброс их параметров. Во-вторых, это недостаточная точность оборудования и конт­ рольно-измерительной аппаратуры, применяемых в настоящее время в литейных цехах, что нередко приводит к большим откло­ нениям технологических параметров от заданных величин.

Вместе с тем физико-химическая сущность литейных процес­ сов такова, что имеется достаточно большой допуск на техноло­ гические параметры, позволяющий при наличии случайных от­ клонений, соответствующих допуску, получать «здоровые» отлив­ ки заданного качества.

Математическая модель процесса дает возможность количест венно оценить влияние различных параметров на качественные показатели отливок и благодаря этому определить технологиче­ ски однородные отливки, т. е. такие, параметры изготовления

48

которых имеют одинаковые или близкие значения, укладываю­ щиеся в допуск. Особо важное значение такая технологическая специализация имеет при многономенклатурном разносерийном производстве.

Математическая модель служит базой для оптимизации тех­ нологических параметров и разработки алгоритмов управления литейными процессами, а также обепечивает широкое примене­ ние в литейном производстве вычислительной и управляющей техники.

Несмотря на значительное количество исследований, в тече­ ние длительного времени не удавалось получить достоверные математические модели литейных процессов, удовлетворяющие технологическим требованиям. Это объясняется тем, что класси­ ческий регрессионный анализ при постановке однофакторных экспериментов не позволяет учесть совместное влияние парамет­ ров процесса на его показатели. Кроме того, литейные процессы обладают столь большим количеством параметров, подлежащих варьированию, что их анализ традиционными методами оказы­ вается невозможным, так как требует проведения нереально большого количества экспериментов.

В последние годы в литейном производстве начали применять статистические методы планирования многофакторных экспери­ ментов, позволяющих при сравнительно небольшом количестве опытов получить достаточно достоверную модель процесса [1, 38, 41, 42].

твердость сплава влияют химический состав металла, температу­ ра его перегрева, температура заливки, плотность и влажность

всем изучаемым факторам — независимым переменным, которые нормируются, выражаются в относительных единицах и в про­ цессе эксперимента при планировании первого порядка принима­ ют значения ( + 1) и (— 1), т. е. верхний и нижний уровни соот­ ветственно.

Рис. 3. Общая схема работ по построению математической модели литейных процессов с помощь методов планирования экспериментов

50