технологическое оборудование литейных цехов / Системно-структурный анализ технологических процессов

3.4. Системно-структурный анализ технологических процессов Рассмотренные выше методы анализа технического уровня производства, как уже было отмечено, позволяют определить группы основных организационно-технических мероприятий, направленных на интенсификацию производства с целью устранения дисбалансов (дефицитов) производственных мощностей, которые возникают при постановке новых изделий на производство. Для обоснования в каждой из этих групп мероприятий необходимого перечня работ для формирования проекта реконструкции или технического пере­вооружения на основе разработки новых (проектных, перспективных или директивных) технологических процессов, целевой программы, бизнес-плана или графика реконструкции важен подробный анализ производственных процессов, выполняемых в «ведущих» цехах или производственных участках, т.е. в тех производственных подразделе­ниях, оборудование которых лимитирует производственную мощность объекта реконструкции (технического перевооружения). Для выполнения работ по системному анализу производства и его технологических процессов недостаточно только знание методов расчета технического уровня производства и количественных значений таких показателей. В целях определения необходимого перечня организационно-технических мероприятий (так называемых «тéмников») на основе расчетов частных показателей технического уровня важно уметь выполнять конкретный системно-структурный анализ технологических процессов, который обеспечивает не только выбор объектов, но и определение оптимальных средств усовер­шенствования технологии для устранения названных «узких мест» или «дефицитов» производственных мощностей. Наука и производственная практика предлагает большое разнообразие методик системного анализа технологических процессов по выбранным проблемным цехам и участкам. Рассмотрим только основные из них. Сокращение производственных потерь обеспечивает методика функционально-стоимостного анализа технологических процессов [24]. Сущность метода сводится обычно к следующей процедуре. На подготовительном этапе выбирают объекты системного анализа из перечня «узких мест» производства, которые наиболее существенным образом связаны с возможностями сокращения в удельной себестоимости производственных потерь от брака. В результате данного шага можно приступить к следующей стадии – сбору технико-экономических данных как по исследуемому объекту анализа, так и по аналогичным производствам. На дальнейшем (аналитическом) этапе по выбранным для анализа рабочим местам можно выполнить классификацию функций, которые выполняют на каждой операции (главные, основные, вспомогательные, второ­степенные, полезные, бесполезные и т.п.) Сопоставление таких функций с аналогичными производственными процессами и затратами по изделиям-аналогам позволяет поставить задачи для поиска лучших вариантов технологических и конструкторских решений по способам обработки и средствам технологического оснащения на основе использования специальных функционально-стоимостных диаграмм. Далее, имея данные о соотношении функций и затрат на их исполнение, на творческом этапе работ по функционально-стоимостному анализу можно предложить иные методы выполнения тех же самых технологических операций, систематизировать предложенные варианты решений и определить новые, как правило, более низкие затраты на выполнение функций. Тем самым можно сформулировать технические предложения (рекомендации), которые позволяют снизить не только затраты, но и сократить произ­водственные потери от брака. Кроме методов функционально-стоимостного анализа в целях снижения потерь от брака нередко используют методы статистического анализа качества на технологических процессах выполняемых, например, на станках-автоматах. Такие методы используют в предупредительном статистическом контроле качества. Для осуществления стандартных процедур (ГОСТ Р 50779.71-99; ИСО 2859.1-89; ГОСТ  Р  50779.74–99; ИСО 3951–89 и др.) названного метода на специальных диаграммах откладывают значения контролируемых величин и по мере их приближения к границам поля допуска на измеряемый параметр, например, из-за износа инструмента, принимают решение о продолжении обработки или остановке процесса и выполнении подналадки (переналадки) оборудования. Эти меры позволяют обеспечивать материалосбережение и экономический эффект в сфере производства продукции за счет снижения потерь от брака. В проектах технического перевооружения производства методы статистического предупредительного контроля качества рекомен­дуется использовать для разработки проектных технологических процессов и операций технического контроля на непаспорти­зированных деталях массового производства. Для повышения другого показателя технического уровня производства из приведенного выше перечня – коэффициента использования материалов (K_им) используют иные методы системного анализа технологических процессов. Остановимся подробнее на методах укруп­ненного и поэлементного анализа возможностей повышения K_им в связи с принципиальным значением такого анализа для проектирования высокоэффективных материалосберегающих технологических процессов. Укрупненный анализ качества заготовок основывается на использовании эмпирических зависимостей изменения основного машинного времени по снятию припусков заготовок по прежнему (t^м₁) и новому варианту (Т^М₂) при изменении массы существовавшей ранее (р₁) и новой заготовок (Р₂) в кг или от изменения единичных припусков на каждую из заготовок (₁) и (₂) [25, с. 40]: , (3.29) . (3.30) Как показано в названной монографии, снижение массы заготовки сопровождается квадратичным или даже в отдельных случаях кубическим изменением соотношения основного машинного времени по удалению напусков и припусков заготовки. В среднем величина в исследованном названным автором машиностроительном производстве. В связи со сказанным становится понятной тщательность работ по выполнению размерного анализа технологических процессов, например, сборки или механической обработки в целях определения экономически оптимальных припусков на обработку заготовок, так как минимизация припусков приводит к многократному снижению трудоемкости изготовления деталей машин. Отсюда следует, что получение точных заготовок за счет, например, безуклонной штамповки, изготовления точного литья, использования метода ротационного обжатия, применения изотермической штамповки в режиме сверхпластичности и других материалосберегающих методов получения точных заготовок имеет прямым следствием радикальное снижение трудоемкости обработки деталей в последующих за заготовительным технологическим переделом в механических цехах. Названные и другие методы получения точных заготовок служат тем самым важной профи­лактической мерой, направленной на снижение инвестиций в реконструкцию или техническое перевооружение механических цехов машиностроительных предприятий. Поэлементный анализ возможностей повышения Ким связан с использованием других методов системного анализа – применением размерного анализа технологических процессов, использованием математических методов оптимизации раскроя листовых заготовок и других методов системного анализа. В данном издании авторы не ставят себе задач подробного описания всех существующих методов размерного анализа: от определения линейных и диаметральных размеров заготовок типа «тел вращения» и рациональных операционных размеров их обработки до расчета сложных объемных размерных цепей для трех- или пятикоординатной обработки сложнопрофильных деталей. Сказанное мы проиллюстрируем применением только одного метода размерного анализа, изложенного в монографиях [26, 27]. В качестве математической модели размерного анализа в названных случаях применяют графы G=(X,L,A,Z), L=XX, Z= XX, в которых вершинами х_iХ является множество поверхностей, формируемых при реализации технологического процесса механической обработки. Названные в такой математической модели ребра графа имеют три разновидности:

• – эти ребра графа размерного анализа соответствуют технологическим размерным параметрам;

• – эти ребра графа размерного анализа соответствуют чертежным размерам деталей, которые заданы конструктором на рабочем чертеже;

• – эти ребра графа размерного анализа соответствуют снимаемым в процессе обработки припускам.

Построение математической модели в виде связанного графа позволяет выявить две группы размерных зависимостей: для А и для Z, которым соответствуют уравнения допусков на конструкторские и на технологические размеры по каждой технологической операции. Рас­сматриваемый метод математического моделирования и оптимизации на основе анализа размерных цепей в технологическом процессе механической обработки позволяет минимизировать как допуски на технологические параметры, так и снимаемые с заготовки припуски с целью снижения материалоемкости заготовки и трудоемкости (станкоемкости) механической обработки. Следующими показателями технического уровня технологических процессов в рассмотренной выше модели (рис. 3.5) были взаимосвязанные коэффициенты: сменности работы обору­дования (k_см) и коэффициент загрузки оборудования (₃). Для системного анализа возможностей оптимизации значений этих коэффициентов в целях интенсификации производства можно использовать методы линейного программирования (например, симплекс-метод). Их можно применять как для разработки оптимальных межцеховых технологических маршрутов (задача расцеховки изделия), так и при определении оптимального комплекта взаимозаменяемого технологического оборудования. Такие расчеты необходимо выполнять по «ведущим» технологическим участкам производства, т.е. в «узких местах», которые сдерживают наращивание производственных мощностей и вызывают тем самым необходимость технического перевооружения производства для устранения «дисбалансов» производственной мощности и заданного объема выпуска продукции. Конкретные методы решения поставленной задачи нами уже были опубликованы [26], в связи с чем в данном параграфе мы их подробно не рассматриваем. Решение с помощью широко известного метода линейного программирования задачи об оптимизации загрузки цехов и производственных участков на основе изменения расцеховки (изменения межцеховых технологических маршрутов) изделий позволяет создать предпосылки для развития предметной специализации цехов и производственных участков и создания тем самым условий для проектирования:

• группового (участков группового производства, групповых поточных линий, гибких производственных систем, роботизированных производственных участков, участков из станков с ЧПУ и т.п.) и

• поточного (проектирования конвейерного производства на одно- и многономенклатурных поточных линиях, создания прерывных и непрерывных поточных линий, автоматизированных и автоматических поточных линий, комплексов) производства.

Анализ возможностей создания специализированных произ­водств позволяет приступить к последующему выбору технологического оборудования и других средств технологического оснащения. Методы системно-структурного анализа средств технологического оснащения, которые используют на техноло­гических операциях сводятся к повышению:

• удельного веса прогрессивного оборудования;

• уровня производительности оборудования и других средств технологического оснащения;

• коэффициента технического использования оборудования как основной характеристики его надежности.

Необходимость решения этих задач системно-структурного анализа определяется тем понятным обстоятельством, что повышение структурной сложности средств технологического оснащения за счет:

• применения многоинструментальных наладок и много­инструментальной обработки;

• концентрации технологических переходов на операциях для обеспечения обработки на многооперационных станках-комбайнах;

• использования многоместных приспособлений и многошпиндельной обработки;

• группового управления оборудованием от центра­лизованных ЭВМ и создания локальных компьютерных сетей;

• применения систем многостаночного обслуживания промышленными роботами;

• создания условий для многостаночного обслуживания технологического оборудования рабочими

имеет (в определенных пределах до точки оптимума затрат) прямым следствием снижение штучного времени обработки деталей и, следовательно, обеспечивает за счет роста уровня производительности прирост производственной мощности. Для разработки предложений по проектированию специальных и переналаживаемых средств технологического оснащения, в том числе технологического оборудования, применяют большое разнообразие методов системно-структурного анализа. Они достаточно широко известны и распространены, по этой причине мы остановимся только на их перечислении. В этом перечне в первую очередь можно назвать методы морфологического анализа (Цвикки, Швейцария). Применение данного метода обеспечивает разработку технических предложений и создание специализированного технологического оборудования, которое имеет решающее значение для повышения качества и снижения трудоемкости (себестоимости) изготовления принципиально важных для изготовляемых изделий и реконструируемого производства деталей и сборочных единиц. Не менее значимым является метод «мозгового штурма» (Осборн, США), который позволяет находить нетривиальные решения сложных задач по созданию новых способов и устройств, технологических методов обработки и соответствующих им средств технологического оснащения. Нередко создание новых технологических процессов реконструируемого производства связано не только с рационализацией производства, но и решением изобретательских задач. В этом плане неоценимые услуги оказывает метод и теория решения изобретательских задач (Альтшуллер, СССР). Такой метод системного анализа обеспечивает планомерную умственную деятельность для создания патентоспособных новаций с использованием законов развития технических систем: устранения противоречий в конструкциях (устройствах) и способах (технологиях); синтеза составных частей (закон полноты частей системы); улучшения способа преобразования энергии (закон энергетической проводимости системы) и т.д. Названные методы системно-структурного анализа в сочетании с подробно рассмотренными в предыдущем параграфе методами анализа уровня механизации и автоматизации позволяют определить большой спектр возможных технических решений. Они ориентированы на их последующее использование в проектных (перспективных, директивных) технологических процессах, разра­батываемых в составе комплекта проектной технологической документации для реконструкции и технического перевооружения производства. Для выбора оптимального комплекса мероприятий из названных выше технических предложений целесообразно использовать ЭВМ специальные методы математического моделирования и многокритериальной оптимизации проектных технологических процессов.

6