5.3. Потокові методи організації виробничого процесу

Потокове виробництво є основним методом організації виробничого процесу в масовому і великосерійному виробництві, що характеризується стабільним випуском значних обсягів однорідної продукції. Застосовується даний метод також в середньосерійному і дрібносерійному виробництві при виготовленні уніфікованих деталей і вузлів. Деякі елементи потоку застосовуються і в одиничному виробництві при використанні устаткування, що швидко налагоджується (обробних центрів, верстатів із ЧПУ, роботів-маніпуляторів, робототехнічних комплексів).

В міру концентрації однорідного виробництва на підприємстві і підвищення його масовості створюються передумови для переходу до ефективних потокових методів організації виробництва, що включають [6]:

• можливість розчленування процесу виробництва на окремі прості операції;

• стійку концентрацію в одній виробничій ланці значних обсягів випуску однорідної чи конструктивно і технологічно подібної продукції;

• наявність устаткування, яке можна швидко переналагодити.

Для організації потокового виробництва характерні такі ознаки:

1. поділ виробничого процесу на окремі операції;

1. тривале закріплення кожної операції за визначеним робочим місцем;

2. спеціалізація кожного робочого місця на виконанні певної операції з постійним закріпленням одного чи обмеженої кількості технологічно подібних предметів праці;

3. розташування робочих місць суворо за ходом технологічного процесу, що забезпечує найкоротший шлях руху предметів праці;

4. узгоджене і ритмічне виконання всіх операцій на основі єдиного такту (ритму) потокової лінії;

5. предмети передаються з операції на операцію поштучно або невеликими передатними (транспортними) партіями відповідно до заданого ритму, що забезпечує високий ступінь паралельності і безперервності роботи;

6. предмети праці передаються з операції на операцію з мінімальними перервами за допомогою спеціального міжопераційного транспорту.

Потокове виробництво є передовим і найбільш ефективним методом організації виробництва, що втілює в собі принципи: диференціації; спеціалізації; прямоточності; паралельності; пропорційності; ритмічності.

Основною ланкою потокового виробництва є потокова лінія, що являє собою сукупність спеціалізованих робочих місць, які розташовані за ходом технологічного процесу і виконують певну його частину. Існуюче на практиці різноманіття потокових ліній прийнято класифікувати за такими основними ознаками:

1. За номенклатурою виготовлених об'єктів потокові лінії поділяться на:

• однопредметні;

• багатопредметні.

Однопредметна лінія – це лінія, на якій оброблюється або складається виріб одного найменування протягом тривалого часу. Для виготовлення виробу іншого найменування необхідне переналагодження (реорганізація) усієї лінії. Дані лінії застосовуються в масовому і великосерійному виробництві.

Багатопредметні лінії – це лінії, на яких одночасно або послідовно виготовляються вироби різних найменувань, але подібні за конструкцією і технологією обробки чи складання. Застосовуються багатопредметні лінії в серійному виробництві, якщо кількості виробів одного найменування за відповідний період часу недостатньо для повного завантаження устаткування і робочих місць. Тому їх ще називають серійно-потоковими лініями. Розрізняють групові і змінно-потокові багатопредметні лінії.

Групові потокові лінії створюються для спільного виготовлення виробів різних найменувань, що мають конструктивну і технологічну спільність і однаковий технологічний маршрут. Робочі місця оснащені груповим оснащенням, що дозволяє без переналагодження устаткування і перебудови лінії переходити від випуску виробу одного найменування до іншого.

Змінно-потокові лінії створюються для поперемінної обробки чи складання декількох найменувань виробів, що мають подібні технологічні маршрути. Однак при переході від випуску виробу одного найменування до іншого здійснюється переналагодження потокової лінії. Терміни запуску у виробництво різних видів виробів регулюються стандартними графіками. Ці лінії застосовуються в основному у серійному виробництві.

2. За ступенем безперервності процесу потокові лінії поділяються на:

• безперервні;

• перервні (прямоточні).

Безперервна лінія – це лінія, на якій предмети, що оброблюються, переміщуються по всіх операціях безперервно, тобто без міжопераційного пролежування.

Умовою ефективного функціонування безперервних потокових ліній є повне завантаження робочих місць, що може бути досягнуто тільки за рівної продуктивності на всіх операціях лінії. Для створення таких умов необхідно забезпечити повну синхронізацію всіх операцій на лінії.

Безперервні лінії є найдосконалішою формою потокового виробництва, тому що забезпечують строгу ритмічність роботи і найкоротшу тривалість виробничого циклу.

Перервні (прямоточні) лінії створюються в тих випадках, коли відсутня можливість досягнення повної синхронізації операцій і відповідного вирівнювання продуктивності робочих місць. За цієї форми організації потокового виробництва рух виробів по деяких операціях відбувається з перервами, тобто виріб по закінченні обробки на попередній операції і до початку його обробки на наступній якийсь час пролежує. Для забезпечення безперебійного виконання технологічного процесу між операціями створюються оборотні заділи (запаси) предметів, що оброблюються.

Прямоточне виробництво має завжди вільний ритм руху предметів праці, що оброблюються. Широкого застосування прямоточні лінії набули в механічних цехах машинобудівних підприємств для виконання верстатних операцій, вирівнювання тривалості яких вкрай ускладнене (практично неможливе).

3. За способом підтримання ритму потокові лінії поділяються на лінії:

• з регламентованим ритмом;

• з вільним ритмом.

На лініях з регламентованим ритмом предмети передаються з операції на операцію через точно фіксований час, тобто із заданим ритмом, підтримуваним за допомогою спеціальних пристроїв. Як правило, ритм регламентується:

• швидкістю руху конвеєра;

• періодичністю руху конвеєра;

• звуковою чи світловою сигналізацією.

Дані лінії характерні для безперервно-потокового виробництва.

Необхідний ритм зазвичай забезпечується стабільною продуктивністю робітника (робітників) на першій операції.

4. За способом транспортування предметів праці розрізняють лінії:

• конвеєрні;

• неконвеєрні.

Конвеєр – це транспортний засіб безперервної дії з механічним приводом. Конвеєри бувають: стрічкові, пластинчасті, візкові, підвісні, роликові та ін. Вид конвеєра, що застосовується залежить у першу чергу від особливостей виробу, який оброблюється: його габаритів, ваги та ін.

На лініях неконвеєрного типу використовують такі транспортні засоби:

• безпривідні (скати, жолоби);

• з механічним приводом (крани, автонавантажувачі, електровізки та ін.).

5. В залежності від місця виконання операцій розрізняють:

а) лінії з робочим конвеєром, що є не тільки засобом переміщення предметів праці, а й місцем виконання операцій На робочому конвеєрі з безперервним рухом у процесі виконання операції робітник переміщується за ходом руху конвеєра в межах відведеної йому робочої зони. Робочий конвеєр оснащений механічним транспортером, що переміщує об’єкт обробки уздовж лінії, регламентує ритм роботи і служить місцем виконання операцій. Даний вид конвеєра застосовується в тому випадку, якщо об’єкти недоцільно знімати з конвеєра. Наприклад, при складанні, зварюванні, заливанні металу у форми в ливарних цехах, фарбуванні великогабаритних виробів.

Робочий конвеєр може бути з безперервним і пульсуючим рухом. У першому випадку всі операції виконуються за ходом руху конвеєра, у другому – під час зупинки конвеєра.

б) лінії з конвеєром зі зняттям виробів для обробки чи складання. Якщо на конвеєрі зі зняттям виробів на одній чи декількох операціях є кілька робочих місць, конвеєр називається розподільним.

6. В залежності від характеру переміщення предметів праці розрізняють лінії з конвеєрами:

• безперервного руху;

• з пульсуючим рухом.

Пульсуючий рух можуть мати як робочі конвеєри, так і конвеєри зі зняттям предметів. Вони застосовуються, якщо за умовами технологічного процесу об’єкт обробки має бути нерухомим.

7. Стаціонарні безперервно-потокові лінії застосовуються при виробництві великогабаритних конструкцій великої маси, виготовлення яких пов’язане зі складними монтажними операціями. У цьому випадку вироби протягом усього процесу їх виготовлення залишаються на тих самих стендах, а група робітників чи бригади переходять від одного стенда до іншого через проміжок часу, що дорівнює такту лінії.

8. За охопленням виробництва потокові лінії розрізняють: дільничні, цехові, наскрізні заводські.

9. За рівнем механізації розрізняють лінії: ручні, частково-механізовані, комплексно-механізовані, комплексно-автоматизовані, автоматичні.

Комплекс робіт з проектування потокової лінії включає такі етапи:

1. аналіз конструктивно-технологічних особливостей виробів з урахуванням їх форми, габаритів, маси, виду матеріалів, характеру технології і складу операцій, що входять до неї, методів їх виконання і затрат часу, необхідного устаткування, а також з урахуванням технічних вимог до виробів, передбачених стандартами;

2. формування структури потокової лінії (визначення складу робочих місць, що входять до неї, накопичувальних пристроїв, транспортних засобів, керуючих та інших пристроїв і виробничих взаємозв’язків між ними);

3. розрахунок параметрів потокової лінії;

4. планування потокової лінії.

Розрахунок параметрів потокової лінії

1. Вихідним параметром при проектуванні потокової лінії є такт потокової лінії – інтервал часу, через який періодично здійснюється запуск виробів певного найменування. У загальному вигляді величина такту дорівнює:

, (5.4)

де Ф_e – змінний ефективний фонд часу роботи потокової лінії, хв.,

N_з – змінна програма запуску виробів на потокову лінію, шт.:

, (5.5)

, (5.6)

де Т_зм – номінальна тривалість зміни, хв.; Т_пер – тривалість перерв протягом зміни, хв.; N_в – змінна програма випуску виробів, шт.; – відсоток втрат продукції з технологічних причин, %.

З урахуванням регламентованих перерв і відсотка втрат продукції з технологічних причин формула розрахунку такту потокової лінії набуває вигляду:

. (5.7)

Існує й інший шлях розрахунку тривалості потокової лінії, відповідно до якого величина останнього визначається тривалістю операції (з урахуванням кількості робочих місць для її виконання), що лімітує виробничу потужність потокової лінії (t_л):

, (5.8)

де t_i – нормативна тривалість і-ої операції, хв.;

q_і – кількість робочих місць на і-ій операції, од.

2. У тих випадках, коли передача виробів з операції на операцію здійснюється транспортними партіями, розраховується ритм потокової лінії:

, (5.9)

де Р – величина транспортної партії.

3. Величина, зворотна такту, називається темпом потокової лінії. Темп лінії – це кількість виробів, що випускаються (запускаються) за одиницю часу.

4. Розрахункова кількість робочих місць на кожній операції:

, (5.10)

де t_i – нормативний час виконання і-ої операції, хв.

При повній синхронізації операцій величина q_ір завжди є цілим числом, завантаження робочих місць – повне й однакове на всіх операціях. За неповної синхронізації на несинхронних операціях q_ір не дорівнює цілому числу. У випадку, якщо середнє перевантаження робочих місць на даній операції в розрахунках не перевищує 12 %, то q_ір округляють до найближчого меншого цілого числа, передбачаючи зняття перевантаження в процесі налагодження потокової лінії. При більшому перевантаженні q_ір округлюють до найближчого більшого цілого числа.

5. Коефіцієнт завантаження робочих місць на і-й операції:

, (5.11)

де q_іф – прийнята (фактична) кількість робочих на і-й операції.

6. Середній коефіцієнт завантаження робочих місць на потоковій лінії:

. (5.12)

7. Середнє перевантаження робочих місць на і-й операції, виражене у відсотках:

. (5.13)

8. Після розрахунку такту і кількості робочих місць визначають крок потокової лінії, який являє собою відстань між осями симетрії двох поряд розташованих на конвеєрі предметів праці.

Крок визначається габаритами виробів і мінімально допустимою відстанню між ними (300 мм). При цьому максимальна величина кроку обмежена гранично допустимою швидкістю руху конвеєра (V_max), тобто має виконуватись нерівність:

. (5.14)

9. Швидкість конвеєра (V) повинна знаходитися в межах від 0,1 до 4,0 м/хв. Для розподільних конвеєрів вона звичайно коливається в межах 0,5 – 2,0 м/хв. Для конвеєра з безперервним рухом швидкість має бути погоджена з тактом і кроком потокової лінії і визначається за формулою

. (5.15)

Для конвеєра з пульсуючим рухом швидкість визначається технічними можливостями транспортера з урахуванням вимог безпеки праці.

10. Довжина робочої частини конвеєра у загальному вигляді визначається за формулою

, (5.16)

де N_o – кількість виробів, що одночасно знаходяться на конвеєрі:

, (5.17)

де Т_ц – тривалість виробничого процесу виготовлення виробу (чи його окремої стадії, що виконується на потоковій лінії).

Для окремих видів конвеєра розрахунок довжини його робочої частини (L_p) може бути конкретизований.

11. Довжина робочої частини конвеєра зі зняттям виробів і однобічним розташуванням робочих місць визначається за формулою

. (5.18)

12. Повна довжина стрічкового конвеєра розраховується за формулою

, (5.19)

де р = 3,14…; D – діаметр барабана привідної станції. Для розподільного конвеєра його повна довжина має бути погоджена з довжиною періоду конвеєра ( ), тобто:

, (5.20)

де П – період конвеєра – комплект знаків, призначених для його розмітки; k_пов – ціле число повторень періоду конвеєра (П) на стрічці, що визначається округленням у бік більшого цілого числа розрахункової кількості повторень (k_пов):

. (5.21)

1. Довжина робочої ділянки робочого конвеєра дорівнює сумі операційних робочих і резервних зон:

, (5.22)

де l_зi – довжина робочої зони на і-ій операції; довжина резервної зони на і-ій операції.

14. Довжина робочої зони визначається за формулою

, (5.23)

15. Резервна зона визначається для операцій з нестабільним часом виконання за формулою

, (5.24)

де t_ітах – максимальна тривалість виконання і-ої операції.

Під синхронізацією розуміють методи, за допомогою яких домагаються рівності або кратності тривалості операцій такту потокової лінії. Розрізняють дві форми синхронізації: грубу і точну.

Груба синхронізація може здійснюватися двома способами: диференціацією або концентрацією операцій і комбінуванням.

Перший спосіб застосовується в тому випадку, якщо операційна норма часу більша і не кратна такту. Він полягає у тому, що операція розділяється на більш дрібні частини (переходи) і частина переходів, запроектованих у даній операції, переноситься в іншу операцію. В тому випадку, якщо операція за тривалістю менша ніж такт, в одну операцію групуються дрібні операції чи переходи, запроектовані в інших операціях. Обов’язковою умовою диференціації і концентрації операцій є відсутність негативних наслідків розчленовування чи об’єднання переходів на якість обробки деталі.

Другий спосіб полягає в збільшенні кількості операцій, що виконуються одним робітником (двох і більше операцій). Можливі два варіанти комбінування.

Перший варіант застосовується тоді, коли сума виконання двох суміжних операцій менша за такт. У цьому випадку робітник, закінчивши всі дії над деталлю, обумовлені першою операцією технологічного процесу, переносить її з першого робочого місця на друге і, закінчивши другу операцію, повертається на перше робоче місце для виконання першої операції над наступною деталлю. Обов’язковою умовою такого порядку виконання робіт є те, що загальний час виконання операцій на декількох робочих місцях, у т.ч. час переходів робітника від одного робочого місця до іншого, має бути меншим, дорівнювати чи бути кратним такту.

Другий варіант комбінування застосовується, коли робочі місця знаходяться на значній відстані. У цьому випадку робітник, виконавши всі дії над партією деталей і переклавши їх у запас перед наступною операцією, переходить на інше робоче місце, де до його приходу має бути створений необхідний для роботи запас. Величина запасу тим менша, чим більше переходів протягом зміни робить робітник.

Точна синхронізація включає такі способи:

• застосування інструментів і пристроїв, що скорочують основний і допоміжний час;

• зміна режимів різання, спрямованих на скорочення машинного часу;

• автоматизацію контролю параметрів деталі;

• раціоналізацію прийомів роботи;

• поліпшення організації робочих місць.

Широкого поширення на практиці одержав розподільний конвеєр – один із видів конвеєрів зі зняттям виробів. Він являє собою лінію, оснащену механічним транспортером, що переміщує об’єкти, які виготовляються, направляє їх (за допомогою автоматичних пристроїв) до робочих місць і регламентує ритм роботи потокової лінії.

Для забезпечення упорядкованого чергування в доставці виробів на кожне робоче місце здійснюється розмітка розподільного конвеєра на основі наведеного нижче алгоритму:

1. визначається період конвеєра (П) – комплект знаків, призначених для його розмітки як найменше загальне кратне з числа робочих місць на всіх операціях потокової лінії;

2. визначається число розмічальних знаків, що закріплюються за кожним робочим місцем (Ч_зі):

; (5.25)

3. визначаються номери елементів, що закріплюються за кожним робочим місцем.

Планування потокової лінії починається з розробки схем робочих місць за всіма операціями і вибору раціональних транспортних засобів. В результаті загального компонування потокової лінії визначається:

• її зовнішній контур;

• спосіб розміщення устаткування;

• розташування транспортних засобів;

• розташування місць контролю;

• розташування місць для запасів.

При компонуванні потокових ліній бажано домогтися прямолінійного розташування устаткування, якщо дозволяє виробнича площа і тип обраних транспортних засобів. За відсутності площі можна застосувати компонування із зиґзаґоподібними чи кільцеподібними контурами. Дворядне розташування (розташування в шаховому порядку) устаткування в транспортному засобі дозволяє більш раціонально використовувати виробничу площу цеху і заощаджувати кошти за рахунок використання транспортера меншої довжини.