книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

подналадка и смена инструмента, осуществлен сплошной контроль изготовляемых деталей, а высокий процент унификации кон­ структивных соединений облегчает переключение на изготовление новой продукции, поскольку при этом необходимо изменить кон-

160

струкцию лишь непосредственно соприкасающихся с обрабаты­ ваемой деталью" сборочных единиц (рабочих органов, механизмов транспортных роторов и др.).

Дальнейшим развитием многооперационных агрегатных ро­ торных установок являются разработанные в Институте автома­ тики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР линии с шаговым (дискретным) устройством сопровождения, позволя­ ющим выполнять на одном роторе не одну, а несколько технологи­ ческих и контрольных операций.

Введение в ротор такого устройства делает его равнозначным целой линии, состоящей из нескольких рабочих и транспортных роторов. Естественно, что при одинаковой с линией производи­ тельности такой агрегат работает с более высоким коэффициентом использования, конструктивно прост и надежен в эксплуатации, имеет меньшее число различных механизмов и инструментов, а потому малогабаритен.

Особенно эффективно применение роторных машин с шаговым устройством сопровождения на многооперационных сборочных процессах (рис. 21). Примером таких машин может служить агре­ гат с сопровождающим ротором для сборки втулочно-роликовых цепей. Он полностью заменяет автоматическую роторную линию, включающую в себя большое количество однооперационных и транспортных роторов и использующую большое число различных инструментов. Производительность такого автомата — 1 км цепи за 7 ч.

2.КОМПОНОВКА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

Практика отечественных и зарубежных машиностроительных за­ водов показывает, что автоматические системы машин с преоб­ ладанием таких операций, как точение, сверление и пр., характе­ ризующихся сложным движением инструмента относительно за­ готовки и большой затратой времени, оказываются и менее на­ дежными в эксплуатации, и нерентабельными. Автоматические линии, построенные на базе более высоких технологических про­ цессов — штамповки, контурной вырубки, вытяжки, протягива­ ния, бесцентрового шлифования и пр., где характер движения инструмента по отношению к заготовке относительно прост и

с относительно небольшим количеством технологических операций. Так, полуавтоматическая установка для обдирки и очистки от­ ливок на Горьковском автозаводе позволила повысить производи­ тельность труда на этих операциях в 6—7 раз и на каждой уста­ новке высвободить четырех рабочих.

Примерами автоматических установок с ограниченным циклом операций могут служить и такие, как автоматы для газовой

цементации с нагревом т. в. ч., обеспечивающие сокращение про­ изводственного цикла в 12—16 раз и снижение себестоимости продукции на 30—40%. Эффективны и полуавтоматы для нагрева и гибки коленчатых валов и др.

Процесс автоматизации серийного производства поставил перед станкостроителями новые требования в отношении создания таких конструкций станков-автоматов, которые могли бы легко

Одно из решений такой задачи — создание агрегатных станков, перестраиваемых путем смены силовых головок. Экономическое значение применения агрегатных станков, созданных из взаимо­ заменяемых стандартных элементов, можно оценить, принимая во внимание следующие обстоятельства. Изготовление специали­ зированных автоматических станков продолжается от 2 до 4 лет, а их средняя стоимость в 10—15 раз выше универсальных. Спе­ циализированные автоматические станки предназначены для вы­

ностью конструкции обрабатываемых изделий. Отсюда относи­ тельно высокие затраты па их амортизацию.

Важную роль играет стандартизация таких элементов агре­ гатных станков, как силовые головки, станины, гидравлические и электрические схемы, зажимные приспособления, транспорти­ рующие устройства нт . п. Это позволяет довести уровень стандар­ тизации в станках до 80—90% и в результате значительно сокра­ тить количество типоразмеров автоматизированного оборудо­ вания и время оснащения производства.

Возможность многократного применения стандартных элемен­ тов агрегатных станков при компоновках автоматических линий в соответствии с заданным технологическим маршрутом и кон­ струкцией обрабатываемой детали увеличивает срок их экономи­ чески целесообразного использования до 10—12 лет и более, что уменьшает расходы по их эксплуатации. В значительной степени этому способствует также относительно невысокая стоимость стандартизованных элементов при массовом и серийном их вы­ пуске на специализированных заводах.

Рассматривая комплекс вопросов, связанных с созданием агрегатных станков на базе стандартных элементов, профессор В. В. Бойцов отмечает важную характерную особенность: весь процесс изготовления станков и автоматических линий склады­ вается из ряда обособленных этапов, не сопряженных по времени друг с другом и выполняемых различными организациями (рис. 22), в результате чего в 8—10 раз сокращается время автоматизации производства [12].

Такие автоматические линии спроектированы и пущены в экс­ плуатацию на многих заводах Москвы (тормозном, карбюратор-

162

ном, «Динамо» и др.). Так, на тормозном заводе вместо уни­ версальных станков, на которых проводилась обработка корпус­ ных детален воздухораспределителя и крана-машиниста, были установлены 6 автоматических линий с 77 силовыми головками, при этом высвобождено 35 рабочих, 30 станков и более 180 м2 производственной площади [61 ]. Коэффициенты эффективности дополнительных капиталовложений в результате этого мероприя­ тия по разным линиям определились в 0,25—0,33.

Успешный опыт москвичей был широко использован на маши­

ния станков из стандартных конструктивных элементов и компо­ новки автоматических линий из стандартизованных сборочных единиц в основном сводятся к следующему:

а) в 2—3 раза сокращаются сроки подготовки и освоения производства;

б) в таких же примерно пределах уменьшается стоимость изготовления;

в) при смене объектов в массовом производстве переналадка линии может быть проведена в течение 1,5—2 месяцев;

г) сборка станков и линий может производиться силами заво­ дов-потребителей из сборочных единиц и отдельных элементов, изготовленных на специализированных заводах.

Весьма эффективна в условиях серийного производства ком­ поновка автоматических линий из станков с программным управле­ нием, особенно с помощью перфорированных карт и магнитных лент.

На совершенно иных принципах конструируются роторные линии, предложенные Л. Н. Кошкиным и компонуемые из ряда роторных машин [49]. Последние, как известно, обладают тем положительным качеством, что их отдачу можно увеличивать не форсированием режима, а простым увеличением числа инструмен­ тов. Оснащение различными инструментами позволяет одновре­ менно изготовлять (обрабатывать) различные объекты, чем объяс­ няется экономическая целесообразность применения роторных линий не только в условиях массового выпуска, но и при серийном и даже мелкосерийном производстве. В этом отношении типична показанная на рис. 23 схема цеха, каждая роторная линия которого состоит из пяти технологических (по 6 блоков) и шести транспорт­ ных (по 12 захватов) роторов [42]. Время обработки деталей, учитывая непрерывность транспортирования и отсутствие про­ межуточных бункерных накопителей, при производительности линии 120 шт/мин составляет всего 1 мин.

Об эффективности роторных линий можно судить по приво­ димым в табл. 32 данным А. Г. Андреева, характеризующим линию изготовления осей, состоящую из шести операционных (подрезка торцов, центровка и проточка) и семи транспортных роторов.

164

Таблица 32

Технико-экономические показатели роторной линии по обработке осей

Наиболее эффективно применение роторных линий при изго-

.товлении пластмассовых изделий, радиотехнических детален, отливок, получаемых под давлением и по выплавляемым моделям, при штамповке и прессовке, термической обработке, иа контроль­ ных и сборочных операциях и др.

Значительно улучшились, например, технико-экономические показатели производства алюминиевых корпусов конденсаторов пяти типоразмеров (0 6,3—13,9 мм, высота 18,5—32 мм) в связи с переводом их на роторную линию [42]. Производительность роторной линии при коэффициенте ее использования 0,8 и рас­ стоянии (шаге) между соседними деталями 94,2 мм была установ­ лена в 160—180 шт/мин.

Благодаря исключению из сокращенного по времени техноло­ гического процесса (вырубка, свертка, вытяжка) ряда вспомога­ тельных операций (отжиг, промывка, протирка, снятие заусенцев и др.) удалось не только уменьшить затраты труда в 3,6 раза, высвободить 55 м2 производственной площади и сократить в 12— 14 раз расход электроэнергии, но и снизить общую себестоимость изготовления 1000 корпусов конденсаторов больше чем в 2,5 раза.

их экономические показатели часто бывают весьма противоречивы и требуют сопоставительного анализа.

Затраты труда обычно сокращаются в 1,5—1,7 раза, потреб­ ности в производственных площадях уменьшаются в 1,7—2 раза. Вместе с тем амортизационные отчисления увеличиваются (по сравнению с издержками по эксплуатации заменяемого операцион­ ного оборудования) в 1,5—2 раза*, ремонтные расходы — в 1,2— 1,5 раза и-затраты на электроэнергию — в 1,4—1,7 раза.

Резкое снижение трудоемкости, соответствующий этому рост производительности труда и уменьшение потребности в техноло­ гическом оборудовании дают, в конечном итоге, высокий экономи­ ческий результат; этому немало способствует и возможность ме­ тодически правильной оценки сравниваемых вариантов.

166

Однако, несомненно, более сложной является задача автома­ тизации комплексных процессов, включающих ряд неоднозначных технологических операций, каждая из которых требует своего специфического подхода. Применение автоматических роторных линий и в этой области во многих случаях, как показывает прак­

ческие роторные линии для производства всасывающих и выхлоп­ ных клапанов тракторных двигателей. На этих линиях из заго­ товок, получаемых методом горячего выдавливания, изготовляются

Роторные автоматы ведут токарную, фрезерную и электро­ искровую обработку, накатку и упаковку.

На линиях производится не только полная механическая об­ работка клапанов,'но и термическая обработка торца стержня, мойка, сплошной автоматический контроль всей продукции, клей­ мение марки завода.и номера детали, антикоррозийная обработка и упаковка клапанов в бумагу и ящики [67]. При этом годовая экономия исчислена в 327 500 р. при выпуске 10 млн. клапанов в год; производительность труда увеличилась почти в 7 раз;

Заслуживают внимания вопросы, вытекающие из специфики авто­ матизированного производства на заводах серийного машинострое­ ния и связанные с его подготовкой, организацией труда, обслужи­ ванием и пр., которые конструкторы и технологи не могут не учитывать.

Выбор технологической базы автоматизированного процесса, решение вопросов его синхронизации, выбора способа транспорт­ ной связи, обеспечения межоперационных заделов, контрольных точек и пр. предопределяют во многом характер и объем кон­ структорских разработок, а в конечном' счете и экономическую эффективность созданной автоматической системы. Но наряду с этим не меньшее значение имеет и конструкторско-технологи- ческая отработка самого объекта производства, для которого конструируется установка или линия. Нередко возникает необ­ ходимость внесения серьезных конструктивных изменений для повышения технологичности объекта, максимального соответ­ ствия требованиям автоматизированного ритмичного потока, при­ дания ему необходимой транспортабельности и т. п.

В условиях подготовки объекта к автоматизированному про­ изводству эти требования особенно жестки. Особое внимание следует обратить на вопросы максимальной и тщательно обосно-

167

ванной реализации тех преимуществ, которые обеспечивают уни­ фикация, блочность и технологичность конструкций.

Проведенные в этом направлении работы применительно к конструкциям роторных линий штамповочного производства выявили широкие возможности значительного сокращения но­ менклатуры отдельных сборочных единиц и деталей этих линий

Для того чтобы представить себе, к каким организационным осложнениям и материальным потерям приводит недооценка вопросов унификации и неоправданно широкий разброс типораз­ меров деталей, входящих в функционально-идентичные линии, можно сослаться на такой пример.

Для поддержания в работоспособном состоянии 28 автома­ тических линий (или моделей) штамповочного производства 1 требовалось ежегодно более 500 наименований (10 ООО—12 ООО шт.) запасных частей общей стоимостью 30 ООО р.

Унификация элементов захватных органов транспортных ро­ торов уменьшила число их типоразмеров с 38 до 3 и снизила се­ бестоимость их изготовления с 8—10 руб. до 60—70 к.

Весьма эффективным является также использование на авто­ матических линиях типовых технологических процессов, рас­ ширяющих номенклатуру обрабатываемых изделий и обеспечива­ ющих минимальные затраты времени на переналадку. Так, на одном из заводов в цехе, где детали (более 10 000 наименований) изготовлялись из профильного проката, были установлены 3 мно­ гономенклатурные линии, работавшие по 16 типовым процессам.

1 По материалам 10. В. Аникеева, Н. С. Мишина и Е. Н. Фроловича.

168

Это мероприятие позволило уменьшить (за счет специализации рабочих мест, повышения их оснащенности и др.) на 30% трудо­ затраты по изготовлению деталей, в 4—6 раз сократить длитель­ ность производственного цикла, широко использовать типовую оснастку вместо специальной (например, на операции подсечки применяется всего 12 универсальных штампов вместо 1016 спе-. циальиых, применявшихся ранее) и более чем в 50 раз сократить объем технологической документации [13].

В ряде случаев может оказаться полезным и упрощение кон­ струкции объекта производства, а также не только радикальное изменение способов изготовления и обработки его отдельных де­ талей, сборки и сочленения его частей, но и замена материала. Так, в частности, сортовой прокат, идущий на заготовки деталей, подвергающихся механической обработке, должен быть, как пра­ вило, калиброванным — это не только улучшит качество изготов­ ляемых деталей, но и повысит эксплуатационную надежность самой автоматической установки или линии. Методы получения загото­ вок должны быть выбраны такие, которые дают возможность полу­ чить размеры деталей, близкие к чертежным.

Для сокращения сроков подготовки и освоения автоматических установок и систем их проектирование рекомендуется вести параллельно с технологической отработкой самого объекта про­ изводства.

Решая ответственные задачи подготовки автоматизированного производства, конструктор и технолог должны совместно учесть и выбрать оптимальную протяженность линии. Они должны счи­ таться с тем, что большое число связанных в одну цепочку агре­ гатов повышает опасность ее частых остановок из-за неисправ­ ности любого из них, а, с другой стороны, чрезмерное дробление ее на отдельные участки увеличивает капитальные затраты на установку промежуточных емкостей и удорожает эксплуатацию всей линии. Нужно найти оптимальное решение.

Практика показывает, например, что в автоматизированных сборочных цехах наиболее экономичны линии на 12—20 станций; за каждой такой линией • закрепляется один наладчик.

Заключительным этапом подготовки производства является отладка сконструированной машины (линии), связанная с экс­ периментальной проверкой работы ее отдельных механизмов и машины в целом. При рационально и успешно проведенном про­ ектировании автоматических линий средней сложности на от­ ладку требуется 1—3 мес.

Одним из вопросов, на решении которого особенно отчетливо отражается специфика автоматизированного производства, яв­ ляется вопрос организации труда.

Автоматические линии чаще всего работают в две смены, а третья используется для профилактических осмотров, про­ мывки и смазки оборудования, устранения неисправностей, смены инструмента, пополнения заделов и проведения других вспомога-

169