книги из ГПНТБ / Берман, А. Г. Ритмичность производства в машиностроении и приборостроении (организационно-экономические вопросы)

элемента или функционального узла для обеспечения минималь­ ной стоимости при заданной или максимальной надежности дол­ жен относиться к схемам оборудования, аппаратуры, конвейер­ ного оснащения различных видов и типов, используемых для осуществления высокопроизводительной и эффективной техноло­ гии производства, а не к схемам тех изделий, которые должны выпускаться и отвечать требованиям высокой надежности в эксплу­ атации. Речь должна идти о надежности равномерного выпуска с определенным ритмом изделий необходимого качества, и каждый производственный процесс должен основываться на технологии, обеспечивающей заданное количество и качество изделий.

Поэтому вероятность брака является функцией всего органи­ зационно-технического уровня данного производства и в значитель­ ной степени функцией сложности изделия и недостаточной изу­ ченности факторов, определяющих отклонения от необходимых и так или иначе регламентированных параметров.

Дефекты технологического процесса, срывы и отклонения от заданных параметров, равно как и пропуск брака или отдельных дефектов в изделии в результате недостаточной точности средств контроля, могут, конечно, снижать надежность изделий в эксплуа­ тации. Но вряд ли можно считать правильным определение для оценки надежности производства «вероятности брака операции»

(Роп) как Роп = К/т, где К‘— среднее число основных дефектов при сборке; т — число элементарных технологических операций, совершаемых на одном рабочем месте.

Нельзя исходить из того, что фактически имевшие место де­ фекты неустранимы. Они могут и должны быть устранены, если не предупреждены, и дефектные изделия совсем не должны дойти до потребителя или дойти в незначительных количествах.

Понятие надежности технологического процесса может, на наш взгляд, относиться только к изделиям, характеризующимся повышенной сложностью и точностью их технических характери­ стик. Применительно к подобным изделиям, особенно на началь­ ных стадиях освоения (электровакуумные приборы, некоторые виды конденсаторов, гироскопические устройства и др)., раз­ брос фактических характеристик по различным партиям изде­ лий и факторы, его определяющие, часто бывают недостаточно изучены. Однако главным следствием являются нарушения поточ­ ного регламента, срывы ритмичности работ и выпуска, отрица­ тельно влияющие на выполнение заданного объема продукции и снижающие эффективность производства. А приведение к мини­ муму или полное предупреждение срывов регламентированного ритма выпуска может быть достигнуто лишь при условиях:

а) стабильного качества покупных материалов, комплектующих изделий, полуфабрикатов собственного изготовления и тщатель­ ного выходного контроля у поставщиков, высокой культуры хра­ нения, подготовки к производству и использования в процессе применения;

189

б) тщательной регламентации технологических режимов вы­ полнения каждой операции и условий внешней среды, высокой технологической дисциплины и культуры труда на каждом рабочем месте, надлежащей обученности и искусства рабочих, системати­ ческого изучения статистическими методами факторов, опреде­ ляющих недостаточную управляемость технологического процесса на отдельных операциях (отклонения фактических механических и электрических характеристик изделия от заданных);

в) предупреждения значительного разброса индивидуальной производительности рабочих при выполнении одинаковых опера­ ций — на основе профессиональной ориентации и отбора рабочих, систематического их инструктажа и надлежащей расстановки в производстве; разработки и использования системы расчета, создания и восполнения резервных заделов, расчета емкости межоперационных накопителей (на автоматизированных поточных участках и линиях), создания резерва рабочих, хорошо знакомых со всеми наиболее сложными операциями технологического про­ цесса и могущих восполнить отставание от графика в случаях пониженной производительности отдельных рабочих;

г) систематического повышения точности и производительности средств контроля качества изделий, используемых в производ­ стве, разработки и использования объективных методов контроля, повышения ответственности и материальной заинтересованности рабочих в бездефектном выполнении работ и сдаче законченных изделий с первого предъявления, развития профилактики брака на основе изучения статическими методами частости брака по тем или иным причинам.

В связи с перечисленными условиями встает вопрос, следует ли рассматривать надежность технологического процесса как вероятность того, что поступающие на выходной контроль изде­ лия будут соответствовать техническим требованиям при условии полной надежности качества покупных элементов, полуфабри­ катов и материалов, а также надежности функционирования всех средств и орудий труда, используемых в технологическом про­ цессе; следует ли рассматривать с позиций надежности выбор ме­ тода контроля (например, сплошного или выборочного), вероят­ ность отклонений средств контроля от заданной точности и объек­ тивности и связанных с этими отклонениями затрат времени на контроль качества; при выборе метода контроля может ли идти речь об определении надежности (вероятности ошибки) опера­ тора и на этой основе об определении уровня надежности метода контроля как функции надежности средств контроля (при опре­ деленных затратах времени на контроль) и надежности опера­ тора.

Если рассматривать производственный процесс, отвлекаясь от общественных отношений, как разновидность случайного про­ цесса, как смену состояний процесса во времени, то возникает [88 ] следующее понятие: надежность процесса — способность

190

данного производственного процесса сохранять заданные при про­ ектировании свойства в течение определенного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.

Такая трактовка надежности производственного процесса под­ разумевает построение и исследование с помощью математиче­ ской модели зависимостей характеристик процесса от различных переменных факторов, систематическое изучение вероятностей случайных возмущений: брака, режима занятости оборудования, периодичности наладки и подналадки оборудования (смены ин­ струмента), интенсивности отказов Р (х) если под х понимать отклонения, срывы. Возникает необходимость изучения закона распределения, частости отдельных случайных величин. Интен­ сивность срывов Хс понимается как среднее число срывов процесса за определенный период функционирования, приходящихся на операцию или на всю систему в целом,

где пс1, 2 п с — число срывов на у'-й операции и на всей их сово­ купности; Тр — период функционирования.

Вероятностный характер имеют случайные отклонения ка­ чества материалов, заготовок, комплектующих изделий, брак изделий в зависимости от частоты наладки оборудования, нару­ шения ритма работ и выпуска в зависимости от брака и колебаний индивидуальной производительности рабочих, разброс погреш­ ности настройки и колебания затрат времени На настройку у раз­ личных операторов. Возникает экстремальная задача: опреде­ ление оптимальной периодичности настройки оборудования и из­ мерительных устройств. Очевидно, что чем меньше интервалы между настройками, тем больше связанные с ними текущие зат­

интервала между настройками на аналоговой и цифровой вычис­ лительных машинах.

Разработка методов моделирования производственных систем на ЭЦВМ привела к мысли об использовании теории чувствитель­ ности электрических и механических цепей, а также сложных систем для исследования и повышения надежности производствен­ ных процессов.

Теория чувствительности изучает, насколько каждая система чувствительна к изменению того или другого ее параметра, и, следовательно, дает возможность целенаправленно изменять опре­ деленные параметры для достижения необходимого результата, т. е. оптимальной надежности.

Несомненна важность определения того минимума парамет­ ров, при изменении которых можно достичь необходимых показа­ телей «качества» производственного процесса.

191

В каждый данный момент функционирования системы состоя­ ние производственного процесса определяется отклонениями от теоретического (расчетного) процесса, возникающими вследствие погрешностей в параметрах процесса (оборудование, аппаратура, индивидуальные различия операторов и т. д.), дополнительных погрешностей, вносимых в систему при ее монтаже, настройке, ремонте вследствие отличия характеристик используемых ма­ териалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий от расчет­ ных значений.

Следовательно, важно определить не только вероятность

по каждому параметру на показатели системы. И если вероятность возникновения отклонений можно изучать лишь статистичес­ кими методами по эксплуатационным данным в реальных условиях, то силу влияния каждого отклонения на те или другие пара­ метры системы можно изучать экспериментально на модели, варь­ ируя отклонения и исследуя изменения показателей.

Нетрудно заметить, что изучение совместного воздействия двух факторов: вероятности различных отклонений и силы влияния каждого из них, на конечные показатели производственной системы, позволяет оптимизировать ее параметры с учетом их взаимозависимости и обеспечить высокую надежность производ­ ства.

И если теория надежности изучает факторы, определяющие вероятность тех или иных отклонений, то на основе теории чув­ ствительности, изучающей коэффициенты влияния отдельных пара­ метров производственного процесса, и в первую очередь высоко­ автоматизированного процесса, на конечное его состояние, пред­ ставляется возможным проектировать и модернизировать процесс с наибольшим приближением к идеальному, протекающему без всяких погрешностей или ошибок.

Возникает представление о реальном производственном про* цессе, протекающем с погрешностями, вызываемыми конкретными обстоятельствами, как о некотором преобразователе информации. Свойства этого преобразователя являются функцией параметров процесса. В итоге преобразования исходной информации, в каче­ стве которой служат свойства исходных материалов, деталей, полу­ фабрикатов, определяется необходимый показатель процесса. При этом погрешность состояния производственного процесса является комплексным результатом погрешностей, допущенных при выборе схемы процесса и определяющих невозможность реа­ лизации его оптимальной схемы, погрешностей исходных материа­ лов. Она определяется отклонениями показателей (разбросом параметров) оборудования и аппаратуры, нарушениями режимов и точности осуществления процесса, воздействием изменений про­ изводственной обстановки (микроклимата, условий труда и др.),

192

отклонениями характеристик операторов от установленных тре­ бований, результатом дополнительных погрешностей, вносимых в производственную систему при настройках и ремонте.

Надо думать, что построение системы с учетом коэффициентов влияния отдельных параметров должно облегчить быстрейшую реализацию оптимальной схемы процесса. Однако нам кажется, что изучение вероятности отклонений и факторов, позволяющих минимизировать численные значения различных отклонений, является наиболее важной задачей и использование теории чув­ ствительности автоматических систем может иметь ограниченные масштабы, поскольку эргодические системы, функционирующие с участием человека, имеют наиболее широкое применение. Оче­ видно, что к этим выводам были близки и авторы работы [88], поскольку, изложив методы определения коэффициентов влияния параметров процесса на его показатели, основанные на теории чувствительности, и установив, что идеальные производственные процессы практически неосуществимы и при оценке коэффициентов влияния используется реальный производственный процесс, они сочли нужным перейти к его исследованию как процесса обслу­ живания.

Создание математических моделей производственных процессов массового обслуживания и изучение этих моделей позволяет, по мнению этих авторов, составить наиболее полный и законченный план автоматизации производства.

На ряд вопросов, возникающих при автоматизации произ­ водства, ответы могут быть получены как с помощью теории мас­ сового обслуживания, так и с помощью теории надежности. Так, например, отказы элементов какого-либо устройства поточной линии можно рассматривать как заявки на обслуживание; время обслуживания заявки (отыскания и устранения неисправности) определяет затраты на ремонт и потери от простоя оборудования, число операторов и ремонтников, организацию их труда.

Поэтому использование аппарата теории массового обслужи­ вания особенно плодотворно в тех случаях, когда имеющиеся данные о надежности недостаточно полны и достоверны.

Изучение закона распределения во времени потока требований на обслуживание и времени обслуживания одного требования при определенном среднем их числе, которое может быть обслужено одним каналом за единицу времени, а в системе с отказами — приведенной плотности входящего потока требований ^пр = = D/p, т. е. отношения среднего числа требований на входе си­ стемы за единицу времени к среднему числу требований, обслу­ женных одним каналом за единицу времени, несомненно позво­ ляет повысить надежность и эффективность автоматизированной производственной системы.

Небезынтересно отметить, что понятие «надежность произ­ водства», развитое выше и подразумевающее способность произ­ водственной системы со сложными внутреними связями выпускать

с определенным ритмом продукцию заданного качества, некото­ рые авторы не отличают от надежности изделий. Так, например, Л. И. Волчкевич [29] пишет: «. . .под изделиями в теории надеж­ ности понимаются любые системы или элементы, имеющие опре­ деленное функциональное назначение. . .Системой является лю­ бая рабочая машина, станок, автомат, автоматическая линия. . .».

Так как для автоматической линии заданной функцией яв­ ляется выпуск продукции определенного качества в требуемом количестве, то надежность автоматических линий есть прежде всего способность к бесперебойному выпуску годной продукции в размерах, обусловленных производственной программой в тече­ ние всего срока службы. Надежность автоматических линий обус­ ловлена их безотказностью, ремонтопригодностью, а также долго­ вечностью отдельных механизмов, сопряжений и деталей.

В соответствии с таким пониманием надежности автоматиче­ ских линий, значительно сужающим, по нашему мнению, совокуп­ ность факторов, определяющих надежность производства, и не учитывающим значительное число параметров, определяющих надежность сложной производственной системы, Л. И. Волчкевича интересуют лишь такие показатели надежности изделия, как безотказность и ремонтопригодность (системы или эле­ мента). Поэтому он тщательно исследует виды отказов и их сред­ нюю вероятность независимо от того, относится ли она к инстру­ менту, механизму станка или конвейерного оснащения автомати­ ческой линии в целом. Исследует внецикловые простои и потери производительности рабочих машин, даже делает вывод о том, что теорию надежности можно рассматривать как составную часть теории производительность рабочих машин. Его главным образом интересует, какую долю календарного срока службы составляет суммарная длительность периодов эксплуатации и пла­ ново-предупредительных ремонтов автоматической линии.

Было бы неправильно утверждать, что нельзя рассматривать автоматические линии с позиции надежности изделий, понимая под изделием систему машин, предназначенную для выпуска с определенным ритмом конкретной продукции.

Применительно к комплексно-автоматизированным системам машин, предусматривающим четкую регламентацию качества исходных материалов, заготовок, полуфабрикатов, тщательно разработанные и автоматически самонастраивающиеся техноло­ гические режимы работы каждой машины и каждого элемента конвейерного оснащения, автоматическую систему контроля каче­ ства продукции и отсортировки брака, можно не проводить рез­ кого различия между надежностью автоматической линии и надеж­ ностью производства на ней. Однако, когда мы имеем дело с по­ точной линией, включающей наряду с автоматическими частично автоматизированные и механизированные подучастки, надежность производства определяется рядом дополнительных и весьма слож­ ных факторов, воздействующих на использование производитель-

194

ности оборудования, на величину технологических потерь и брака, на качество продукции и отсев брака, на индивидуальную произ­ водительность каждого оператора, ремонтных рабочих и другого обслуживающего персонала.

Правда, нужно отметить, что и применительно к автоматиче­ ским линиям ставится и решается задача определения оптималь­ ного числа наладчиков и ремонтников, при котором производи­ тельность снижается наименьшим образом, а себестоимость эксплу­ атации (удельные величины амортизации, расходов на ремонт и обслуживание машин) — минимальна. При этом принимается во внимание интенсификация труда наладчиков и ремонтников при повышении числа обслуживаемых каждым из них станков, что влечет за собой некоторое увеличение фонда заработной платы, увеличение зоны обслуживания и как главный фактор — снижение использования оборудования по производительности.

Несомненно, что оптимальное количество станков (рабочих машин), обслуживаемых одним наладчиком или ремонтником за­ висит, оосбенно на механизированных участках и линиях, от надежности оборудования, величины зоны обслуживания и струк­ туры линии. На автоматических линиях с жесткой связью между агрегатами угроза снижения производительности при обслужи­ вании нескольких участков, состоящих из жестко сблокирован­ ных станков, значительно выше. Поэтому экономия на числен­ ности наладчиков и ремонтников в ряде случаев экономически не оправдана. Представляется правильным производить расчет их численности с использованием аппарата теории массового обслуживания [30, 69].

2. Методика расчета показателей надежности производства

Как было установлено выше, надежность производ­ ства на поточном участке или поточной линии в целом склады­ вается из трех основных составляющих:

1)надежности оборудования, определяющейся безотказностью

иремонтопригодностью рабочих машин и аппаратуры, долговеч­ ностью их элементов и составных частей;

2)надежности расчетного ритма на участке (линии), которая определяет устойчивость выпуска продукции в каждый ритм при работоспособном оборудовании и оснащении. Надежность рас­ четного ритма тем выше, чем меньше разброс фактических затрат времени рабочих на каждой операции по разным экземплярам изделия, а следовательно, чем меньше отклонения фактического ритма на операции от среднерасчетного;

3)надежности выпуска качественной (годной) продукции, которая определяется качеством исходных материалов (заготовок элементов, узлов и т. д.), качеством (отладкой), а следовательно, управляемостью технологического процесса и, наконец, качеством контроля.

Все указанные составляющие, а также показатели надежно­ сти, рассматриваются независимо друг от друга. Так же рассма­ триваются перечисленные показатели надежности по отдельным операциям.

Анализ каждой из указанных трех составляющих надежности и определение соответствующих показателей производится в опре­

Расчет показателей надежности производства и ее повышение основываются на систематическом изучении факторов, опреде­ ляющих надежность.

При исследовании н а д е ж н о с т и о б о р у д о в а н и я необходимо обработать статистические данные о частоте возник­ новения отказов и длительности восстановления работоспособ­ ности оборудования; произвести анализ причин отказов и анализ влияния периодичности и содержания профилактических работ на показатели надежности оборудования; определить эксплуатацион­ ные затраты на восстановление работоспособности, проведение профилактического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов.

К основным расчетным показателям при изучении надежности оборудования относятся: наработка на отказ (Т) элементов, блоков, механизмов, оборудования в целом; среднее время восстановления работоспособности (Тв) механизмов, оборудования в целом; коэф­ фициент готовности (kr) и коэффициент технического использо­

необходимо определить разброс длительности выполнения ручных операций над каждым экземпляром изделия, обусловленный раз­ личными психофизиологическими особенностями рабочих; раз­ работать способы восстановления резервных заделов на рабочих местах; рассчитать основные параметры распределения длитель­ ности выполнения операций над каждым экземпляром изделия,

ботку статистических данных о браке продукции из-за некаче­ ственных заготовок по его видам; установление основных причин брака заготовок; рассмотрение по каждому виду заготовок усло­ вий и длительности хранения и транспортировки, а также мето­ дов входного контроля качества.

196

На основе перечисленных аналитических данных рассчиты­

п р о ц е с с а исследуется закон распределения технологических отходов на основных операциях в зависимости от нарушений тех­ нологических режимов, изменений условий внешней среды, ва­ рианта технологических методов и технологического маршрута изготовления изделий; при выпуске определенного диапазона типономиналов различного класса точности производится раз­ работка методов подгонки фактически полученных типономина­ лов для выпуска заданных номиналов; рассчитываются нормы технологических отходов по операциям и по технологическому

ности контрольно-измерительного и испытательного оборудования и аппаратуры на надежность контроля качества изделий, а также влияние факторов инженерной психологии (вид шкалы, пределы измерения, цветовое оформление и пр.) на количество ошибок, допускаемых контролером; регламентируются методы и средства контроля на каждой операции; разрабатывается система повероч­ ного контроля точности контрольно-измерительного оборудова­ ния и аппаратуры.

На этой основе рассчитываются показатели надежности кон­ троля качества продукции (процент изделий от общего количества поступивших на контрольную операцию, рассортированных на годные и дефектные).

Расчеты надежности использования времени оборудования.

Методы определения надежности оборудования для производства определенных видов техники должны быть предусмотрены отрас­ левыми стандартами. Таким стандартом на оборудование для про­ изводства изделий электронной техники является ОСТ 1110 ПО 091.005 [71], распространяющийся на технологическое, испы­ тательное, контрольно-измерительное оборудование и линии. Каждая единица должна рассматриваться при определении пока­ зателей надежности как совокупность элементов, предназначенных для выполнения заданных функций в период эксплуатации обо­ рудования К

Единицу оборудования следует разбивать на функциональные элементы первого порядка — Э1, отказы которых приводят к по­ тере работоспособности оборудования в целом, так как эти элементы определяют критерии работоспособности оборудования. Функциональные элементы Э1, в свою очередь, следует разбивать

1 В приведенных в данном разделе формулах сохранены обозначения, принятые в стандарте.

197

на функциональные элементы второго порядка — Э2, отказы кото­ рых определяют признаки отказов элементов первого порядка и т. д.

При определении показателей надежности линий различают: а) однопоточные линии с жесткой связью — линии с последо­ вательным соединением рабочих машин (участков) без бункера (накопителя); отказ хотя бы одной машины (участка) ведет к от­

казу всей линии; б) многопоточные участки (линии) с жесткой связью — си­

стемы с параллельно работающими одинаковыми машинами (участками), количество которых определяется заданной про­ граммой выпуска изделий;

в) участки и линии с гибкой связью (однопоточные и много­ поточные), системы последовательно расположенных рабочих машин (участков), связанных между собой бункерами; при отказе предыдущей рабочей машины (участка) последующие продолжают работать, получая полуфабрикаты из бункера, а при отказе после­ дующей машины (участка) предыдущие продолжают работать, выдавая полуфабрикаты в бункер;

г) участок линии с резервированием — участок, на котором имеется аналогичная резервная рабочая машина, работающая в период отказа основной рабочей машины; отказ линии наступает лишь тогда, когда отказывают обе рабочие машины — основная и резервная.

Линии со сложной структурой — это системы, состоящие из всех названных систем в различных сочетаниях.

Показатели надежности оборудования устанавливаются для периода нормальной эксплуатации, характеризующегося тем, что за равное время наработок в среднем происходит равное число отказов.

Минимально допустимые показатели надежности должны выбираться исходя из условия получения повышенного экономи­ ческого эффекта на единицу годового объема выпуска продукции, изготовляемой, контролируемой и испытываемой на разрабаты­ ваемом оборудовании по сравнению с оборудованием-анало­ гом.

Стоимость разрабатываемого оборудования, отнесенная к еди­ нице годового объема выпуска продукции на этом оборудовании (приведенная цена) Ц0п2, должна быть ниже приведенной цены

198