книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

ных времен, которые применимы ко всем поточным линиям незави­ симо от уровня их механизации и автоматизации.

4. Л о к а л ь н о е и з м е н е н и е у р о в н я м е х а н и ­ з а ц и и и а в т о м а т и з а ц и и . Одним из средств сокращения, операционного времени на «отстающих», лимитирующих, позициях, и приведения его к ритму потока является локальное повышение уровня механизации и автоматизации работ, выполняемых на этих, позициях. Повышение их показателей Ух и У2 производится путем совершенствования установленных на этих позициях машин или. замены их более производительными, повышения скоростных ре­ жимов обработки, в частности сборки и сварки, а также дополни­ тельной механизации или автоматизации вспомогательных работ. Эти мероприятия в данном случае имеют своей целью не толькоснижение трудоемкости работ, но и необходимое уменьшение про­ должительности операций на этих лимитирующих позициях.

Такой способ выравнивания операционных времен весьма эф­ фективен, но не всегда возможен, особенно если выполняемые на данной позиции операции уже механизированы с высоким значе­ нием уровня механизации. Например, при автоматической сваркедлинных швов далеко не всегда можно сократить машинное время за счет повышения скорости сварки. В этом случае приходится идти, другими путями, например, путем установки многоголовочных, автоматов с разбивкой шва на участки, разветвления потока^

идр.

5.Р а с ч л е н е н и е о п е р а ц и й . Если длительность ка­ кой-либо операции значительно превосходит заданный ритм потока,

иэту операцию можно расчленить на несколько с тем, чтобы онивыполнялись последовательно на разных позициях линии, то такое расчленение может оказаться эффективным средством выравниванияоперационных времен. Недостатком такого способа является появ­ ление дополнительных операций межпозиционного транспорта и. повторной установки изделия, и, как следствие, общее увеличение трудоемкости операций. Вообще способ расчленения операций не соответствует современным тенденциям их совмещения и создания для этой цели машин-комбайнов. Поэтому способом расчленения, операций следует пользоваться лишь в тех случаях, когда другие способы невозможны.

6.Р а з в е т в л е н и е п о т о к а . Если расчленение опера­ ций невозможно или невыгодно, то его можно заменить способом, местного разветвления потока на несколько параллельных ветвей,, локальный ритм которых будет в і раз больше общего ритма линии, на данном участке (I — число ветвей).

Это позволяет выполнять длительные операции на одной и той. же позиции без перестановки изделия и не прерывая процессаі

347

выполнения операций, например, производить сварку длинного шва одной головкой за один проход.

Способ разветвления потока является незаменимым и даже не­ избежным во многих сборочно-сварочных линиях, где объектом про­ изводства является сварная конструкция, собираемая из несколь­ ких подузлов, которые, в свою очередь, состоят из нескольких де­ талей.

В таких случаях разветвление целесообразно в самом начале потока, для параллельной сборки и сварки подузлов, с последую­ щим слиянием ветвей в одну линию для сборки и сварки изделия в целом. Примером такого разветвления может служить сборочно­ сварочная линия для производства поперечных балок вагонных платформ (§ 21, рис. 113).

Недостатком этой системы является существенное усложнение транспортных устройств линии, так как в местах разветвления и слияния требуются специальные распределители с системой диспет­ черизации, обеспечивающей строгую очередность работы ветвей и

Удачное его применение позволяет иногда превратить сборочно­ сварочную линию в комплексную машину-комбайн и избавиться таким образом от межоперационного транспорта с позиции на пози­ цию и от связанных с этим вспомогательных операций. Примером такого решения может служить сборочно-сварочный стан для про­ изводства многослойных сосудов (рис. 97), автоматическая машина для изготовления арматурных ферм (рис. 104) и др.

Приведенные примеры иллюстрируют целесообразность совме­ щения технологических операций (например, сборки и сварки) не только для целей выравнивания операционных времен и синхро­ низации операций, но также из соображений общей экономичности производственного процесса — снижения трудоемкости, повыше­ ния уровня механизации и др. Однако для большинства поточных линий полное совмещение всех выполняемых на ней операций обыч­ но невозможно либо нецелесообразно. В этих случаях следует про­ работать варианты группового совмещения'технологических опе­ раций и выполнения их на машинах-комбайнах.

Наиболее выгодно совмещение таких парных операций, как сбор­

348

механизированная или автоматическая линия может быть исполне­ на в трех вариантах:

1. Неразрывная цепь технологических, сборочно-сварочных ма­ шин, жестко связанных между собой единой системой линейного транспорта. Такие линии, как правило, строго синхронизированы и не имеют межпозиционных заделов и накопителей. Их называют сблокированными.

2. Система из гибко связанных технологических агрегатов, где каждая гибкая связь между агрегатами представляет собой уст­ ройство для приема, хранения и выдачи в соответствующее время изделий на следующую позицию. Эти устройства являются межпо­ зиционными буферными складами-накопителями. Линии второго типа называются расчлененными на агрегаты.

3. Система из гибко связанных групп технологических агрега­ тов, в каждой из которых агрегаты соединены между собой жесткой связью; гибкая же связь между группами (участками линии) пред­ ставляет собой буферный склад-накопитель, в функции которого входит прием, хранение и выдача в соответствующее время изделий на следующий участок линии. Такие линии называются расчленен­ ными на участки.

Основным недостатком сблокированных линий является их жест­ кая зависимость от случайных неполадок в любом звене линии и, как следствие, повышенное количество и время простоев всей линии по вине этих неполадок.

Расчет количества и длительности вынужденных простоев ли­ нии, определение коэффициента ее использования, нахождение максимально возможных отклонений операционного времени от заданной величины производятся известными методами теории ве­ роятности и математической статистики [8]. Следует, однако, отме­ тить, что по сварочному производству имеется настолько мало ис­ ходных данных для такого теоретического расчета, что представ­ ляется нецелесообразным приводить здесь достаточно сложную его методику, поскольку воспользоваться ею в большинстве случаев невозможно из-за отсутствия первичных данных и опытных коэф­ фициентов. Практически задача в этих случаях решается прибли­ женно, методом сравнения с аналогичными действующими линиями и агрегатами, а также нормативными расчетами по действующим для данного ведомства нормативам.

Современная организация поточных линий, в том числе механи­ зированных и автоматических, предусматривает два основных типа их осуществления: линии, сблокированные из отдельных агрегатов

349

с жесткой механической связью между ними, и линии, расчленен­ ные на отдельные агрегаты (либо на участки сблокированных агре­ гатов) с гибкой связью между ними.

В соответствии с данными, приведенными в литературных источ­ никах [8 и 16], наиболее экономичным и целесообразным типом автоматических линий являются линии второго типа, расчлененные на отдельные участки жестко сблокированных между собой автома­ тов, с устройством гибкой связи между этими участками. Такую гибкую связь осуществляют обычно в виде механизированных (либо автоматизированных) накопителей полуфабрикатов, потреб­ ляемых на последующих участках, включая последний. При этом ритм работы последнего участка, на котором выпускаются готовые изделия, принимают соответствующим заданному такту производ­ ства, а для предшествующих участков той же автоматической линии устанавливают несколько меньшие значения ритма потока, чтобы обеспечить возможность накопления полуфабрикатов в промежу­ точных накопителях (между участками). Вследствие этого началь­ ный и промежуточные участки линии имеют повышенную произво­ дительность по сравнению с последним участком. В процессе рабо­ ты линии каждый участок с повышенной производительностью выключается автоматически в том случае, когда последующий за ним накопитель окажется полностью загруженным. Включение в работу выключенных участков линии происходит также автомати­ чески, как только из загруженного накопителя начнется потребле­ ние имеющегося в нем запаса полуфабрикатов последующими агре­ гатами линии.

Такая работа линии позволяет обеспечить гарантированную бес­ перебойность выпуска продукции с последнего участка и стабиль­ ность заданного для него такта производства. Исключение состав­ ляют лишь случаи аварий оборудования на последнем участке ли­ нии. Таким образом, при отсутствии серьезных аварий оборудова­ ния на последнем участке, обеспечивается достаточно высокий коэф­ фициент использования этого участка, а следовательно, и всей линии в целом, поскольку отдельные простои выключенного оборудо­ вания начального и промежуточных участков линии компенсиру­ ются их повышенной производительностью и не снижают заданного выпуска продукции линии. Кроме того, простои выключенного обо­ рудования не влекут за собой простоев рабочих ввиду отсутствия последних на автоматизированных участках линии.

Описанная выше организация работы может быть рекомендова­ на лишь для автоматических линий, в которых автоматизированы не только все технологические и вспомогательные операции, но и операции управления производственным процессом. Поскольку, однако, в сварочном производстве таких автоматических линий по­

350

ка еще сравнительно немного, то значительно большее применение получили линии со свободным ритмом, на которых выполняются не только автоматизированные операции, но и операции, выполняе­ мые вручную. Требования для осуществления таких поточных ли­ ний отличаются от указанных выше для полностью автоматизиро­ ванных линий и заключаются в следующем.

Фактическая длительность операций на любой позиции линии со свободным ритмом не может быть строго постоянной и обычно колеблется с более или менее значительными отклонениями А от своего среднего расчетного значения tn. Поэтому в сблокированных линиях первого типа ритм потока приходится задавать с учетом возможных отклонений операционного времени по верхнему пре­ делу (tn + А).

На расчлененных поточных линиях второго типа, в отличие от сблокированных линий первого типа, ритм потока определяется средним значением операционного времени tn, без учета его откло­ нений А, так как благодаря запасам в буферных емкостях между участками линии компенсируются колебания величины tn и усред­ няется ее значение на выдаче изделия. Следовательно, для линий, расчлененных на отдельные участки (или агрегаты) с гибкой связью, г = tn. Расчленение линий на участки с гибкой связью ликвидиру­ ет также и другой недостаток жестко сблокированных линий, заключающийся в повышенном числе простоев из-за неполадок в любом ее звене. Поэтому коэффициент использования технологиче­ ского оборудования в расчлененных линиях выше, чем в сблокиро­ ванных. Указанное преимущество расчлененных линий тем сущест­ веннее, чем больше величина отклонений операционного времени от заданной средней величины tn.

В этом смысле для сварочного производства весьма характерны сборочные участки линии, на которых операционное время сильно зависит от качества и точности собираемых заготовок и колеблется в больших пределах. Заготовки, размеры которых близки к номи­ нальным, собираются быстрее заданного ритма и, наоборот, при зна­ чительных отклонениях размеров заготовок они собираются дольше.

Напомним, что отдельные автоматизированные участки или аг­ регаты расчлененной линии могут работать по рефлекторной систе­ ме последовательного управления, при которой ритм потока всегда подвержен некоторым колебаниям, зависящим не только от инди­ видуальных неточностей заготовок, но и от точности срабатывания командных и вспомогательных механизмов. Этот недостаток также ликвидируется при включении в линию буферных складов-накопи­ телей.

На расчлененных линиях при отказе предыдущего участка (или агрегата) запас в буферной емкости перед последующим участком

351

будет источником питания его, пока не иссякнет этот запас пли пока предыдущий участок снова не начнет работать. Аналогично при от­ казе последующего участка продукция предыдущего участка будет попадать в буферную емкость, установленную в конце его, до тех пор, пока указанная емкость не будет заполнена до отказа, либо по­ ка последующий участок не начнет снова работать и потреблять поступающие из этой емкости заготовки.

Следовательно, наличие буферных емкостей позволяет умень­ шить простои каждого из смежных участков по вине другого на все то время, в течение которого участок, оставшийся работоспособ­ ным из двух смежных, может работать на пополнение или за счет расхода буферного запаса. В остальной части времени простоя отказавшего участка (если она будет) вынужден простаивать и смеж­ ный участок. Таким образом, ко времени простоя поврежденного участка добавится еще часть времени простоя смежного участка. Однако добавится лишь часть, а не все время простоя полностью, как в линиях сблокированного исполнения (I типа). Доля просто­ ев одного из смежных участков из-за недостатка запаса в нако­ пителе или из-за отсутствия места в нем, добавляющаяся к соб­

Этот коэффициент имеет большое значение при определении опти­ мального количества участков расчлененной линии и емкости меж­ участковых накопителей.

Производительность линии существенно зависит от разделения ее на последовательные участки, соединенные между собою буфер­ ными складами-накопителями.

Условие равенства усредненной продолжительности операций на соседних участках линии (см. п. 1) равносильно условию устой­ чивости колебаний буферного запаса. Поэтому такой буферный за­ пас называют пульсирующим. Колебания пульсирующего запаса совершаются в определенных пределах, нижний из которых равен нулю, а верхний близок к емкости буферного склада-накопителя а.

Одними из основных параметров автоматической линии, расчле­ ненной на участки, являются число участков и емкость межучаст­ ковых складов-накопителей. Поскольку эффективность расчленения линии существенно уменьшается из-за усложнения ее механизмов и, следовательно, удорожания, чрезмерное дробление линии на участки нецелесообразно.

352

Если исходить из критерия наибольшей производительности ли­ нии, то оптимальным числом участков будет такое, которое удов­ летворяет требованию минимальных потерь времени на простои из-за настроек отдельных ее элементов и устройств (по Владзиевскому А. П.):

(восстановления работоспособности) проектируемой линии при ее сблокированном исполнении (без расчленения) к удельной длитель­ ности настройки Вн одного накопителя; б — коэффициент междуучасткового наложения потерь.

Если исходить из критерия наименьшей стоимости выпускаемой продукции, то оптимальное число участков при расчленении линии

шино-минуты проектируемой линии при сблокированном ее испол­ нении к эксплуатационной себестоимости машино-минуты нако­ пителя.

Из приведенного выражения следует, что для расчлененных ав­ томатических линий, оборудованных очень недорогими накопитель­ ными устройствами, основная расчетная формула (50) (когда ф оо) переходит в формулу (49) и, следовательно, критерии производи­ тельности и экономичности в этом случае совпадают.

Исследование зависимости (48) между величинами б и а показы­ вает, что с увеличением емкости накопителя коэффициент наложе­ ния потерь б резко падает только при малых значениях а. Однако уже при а > 2 интенсивность уменьшения коэффициента б сущест­

венно снижается, а при а > 10 дальнейшее увеличение емкости на­ копителя практически не оказывает влияния на уменьшение коэф­ фициента междуучасткового наложения потерь. Отсюда следует, что емкость накопителя а между участками расчлененной линии дол­ жна обеспечивать вместимость десятикратного числа изделий, накапливающихся или расходуемых на протяжении настройки сред­ ней длительности:

где t — заданный для проектируемой линии такт производства;

— средняя продолжительность настройки (простоя) линии.

9. У с т р а н е н и е п р о с т о е в р а б о ч и х . t Механизи­ рованные поточные линии, на которых тщательно выравнена дли­ тельность операций на всех позициях, как правило, обладают высоким коэффициентом загрузки установленного на них оборудо­ вания. Однако это вовсе не означает, что обслуживающие их рабо­ чие загружены с таким же высоким коэффициентом использования рабочего времени. Напротив, на хорошо механизированных и авто­ матизированных линиях простои рабочих могут оказаться весьма существенными, так как значительную часть операционного цикла машина может работать без людей. В результате, несмотря на вы­ сокий уровень механизации и автоматизации, такая линия мо­ жет оказаться неэкономичной из-за значительных простоев рабочих.

Для устранения этого недостатка весьма эффективен метод совмещения профессий и многостаночного обслуживания, приво­ дящий к уплотнению рабочего дня и к сокращению числа рабочих на линии. Эти мероприятия проектируются и осуществляются на основе составления графиков загрузки рабочих на поточной линии. Таким образом, при проектировании линии, кроме циклограммы ее рабо­ ты, необходимо также составлять график загрузки рабочих по по­ зициям.

В рассматриваемых случаях при конструировании линий и со­ ставляющих ее агрегатов необходимо заранее предусматривать воз­ можность и удобство многостаночного обслуживания путем уста­ новки объединенных пультов управления смежными агрегатами, сокращения переходов от позиции к позиции, автоблокировки со­

изготовления сварных изделий на механизированных и автомати­ ческих линиях должен проектироваться таким, чтобы обеспечива­ лось минимально возможное число перебазировок и перезакреплений. Во многих случаях это позволяет существенно сократить длительность цикла, длину всей линии и число вспомогательных ■механизмов, особенно различных специальных манипуляторов, авто­ операторов, кантователей, перекладывателей, зажимных, крепежных

ицентрирующих устройств.

Внаибольшей степени это требование удовлетворяется при сов­ мещении транспортных и технологических движений, а также любых операций, например, при сварке труб, панельных радиа­ торов и пр., где сварка совмещена с транспортным движением из­ делия.

Одним из средств уменьшения числа перезакреплений изделия является система маршрутных приспособлений-спутников, сопро­ вождающих изделие в течение всего времени его движения по линии.

354

Спутники снабжаются соответствующими крепежными и центри­ рующими устройствами, кантователями, а иногда и сборочными приспособлениями. Существенным недостатком поточных линий, использующих приспособления-спутники, является необходимость возврата спутников в исходное положение и в связи с этим наличие специального транспортера или другого устройства для их возвра­ та, что усложняет всю транспортную систему линии. В общем слу­ чае такая] система имеет транспортер прямого перемещения, транс­ портер возвратного перемещения и два связывающих их транспорт­ ных устройства, которые передают объект перемещения — спутник с прямого транспортера на возвратный. Транспортеры прямого пе­ ремещения приспособлений-спутников, несущих на себе сваривае­ мое изделие, чаще всего выполняются шаговыми. Транспортеры же возвратных перемещений и пересаживающие устройства могут быть различного типа.

В отечественной практике проектирования автоматических ли­ ний применяют следующие системы обратного транспортирования спутников (к началу линии).

1.Транспортер возврата спутников располагается внутри ли­ нии, под транспортером их прямого — рабочего перемещения. Та­ кая компоновка линии имеет ряд преимуществ: сравнительно про­ ста общая схема транспортеров линии, не занимается дополнитель­ ная площадь цеха, удобен доступ к рабочему транспортеру с обеих сторон. Недостатком такой линии является необходимость в глубо­ ком котловане, если линия предназначена для изготовления крупно­ габаритных изделий и оснащена громоздкими приспособлениямиспутниками. Поэтому подобные системы рекомендуется применять лишь для малогабаритных изделий.

2.Транспортер возврата спутников расположен в одной гори­ зонтальной плоскости параллельно с рабочим транспортером, об­ разуя таким образом замкнутый транспортный прямоугольник. Такие компоновки линий не требуют заглубления ниже уровня пола

иудобны для монтажа и ремонта оборудования. Существенным их недостатком является увеличенная площадь под линию и затрудни­ тельный подход к тем механизмам линии, которые расположены внутри прямоугольной трассы транспортирования изделий и спут­ ников.

3.Транспортер возврата спутников расположен в одной верти­ кальной плоскости с основным транспортером, но не под рабочими зонами, а над ними. Этот вариант лишен недостатков первых двух, но, как и первый, нецелесообразен для линий производства гро­ моздких сварных изделий.

4.Транспортная трасса линии выполнена в виде замкнутого контура — прямоугольника, окружности и пр. Причем технологи­

ческие агрегаты и необходимые вспомогательные позиции распо­ ложены по всему периметру этого замкнутого контура, за исключе­ нием позиции загрузки и разгрузки, так что линии этого типа на­ поминают роторные. Достоинством подобных компоновок является отсутствие специальных транспортеров возврата или холостых вет­ вей конвейера и в связи с этим сравнительно малая длина линии и небольшая занимаемая ею площадь, недостатком — затрудненный подход к рабочим зонам линии.

В сборочно-сварочных линиях для изготовления громоздких конструкций нередко применяются спутники в виде конвейерных тележек, оснащенных кондукторами-кантователями, реже — в виде съемных приспособлений, возвращаемых с помощью специального транспорта.

11. Т р а н с п о р т . Одним из важнейших элементов’поточной линии, в значительной мере определяющим ее компоновку, ритмич­ ность действия и производительность, является транспортная си­ стема линии.

В общем случае транспортная система механизированной или автоматической линии состоит из загружающих, транспортирующих и разгружающих устройств. Кроме того, в транспортную систему линии часто включаются зажимные, фиксирующие и центрирующие устройства для установки свариваемых изделий, а иногда и кантовочные. В расчлененных линиях в эту же систему входят межучаст­ ковые буферные склады-накопители, а в разветвленных — меха­ нические распределители для параллельных ветвей и устройства для поперечного-траверсного перемещения изделий в местах раз­ ветвления и слияния потока.

Ниже приведена общая классификация транспортных устройств механизированных и автоматических линий, применяемых в свароч­ ном производстве.

По компоновке и расположению транспортной трассы относи­ тельно рабочей зоны следует различать следующие типы транспорт­ ных устройств:

1.Сквозной транспорт, при котором трасса транспортирования изделий проходит сквозь рабочую зону линии и рабочие операции производятся непосредственно на транспортном устройстве. Нахо­ дит наибольшее распространение в сварочном производстве.

2.Линейный транспорт, трасса которого проходит вне рабочей зоны, в частности параллельно ей. В этом случае, как правило, требуются передаточные механизмы для передачи изделий с тран­ спортера на рабочую позицию линии и обратно (в сварочном произ­ водстве применяется редко).

3.Линейный транспорт, трасса которого разветвлена на парал­ лельные ветви (см. стр. 360).

356