Технологічні системи та їх ха рактеристика

РОЗДІЛ 2

ТЕХНОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ ТА ЇХ ХА РАКТЕРИСТИКА

 

Поняття про систему та системний підхід

Поняття системи походитьз грецької та означає ціле, складене з частин, об'єднання, тобто, сукупність, утворена з кінцевої множини елементів, між якими існують певні співвідношення та які утворюють цілісність і єдність.

Перші уявлення про системи виникли в античній філософії, що розглядала систему як впорядковане і цілісне існування, наприклад – система знань, біологічна система, система планет. Пізніше поняття системи почали використовувати для систематизації наукового пізнання та його результатів. З другої половини XIX ст. поняття системи поширюється в різні галузі наукових досліджень. Сьогодні поняття системи має дуже широку сферу застосування.

Сучасне виробництво, що базується на досягненнях нау ки та техніки організують у вигляді єдиної цілісної організаційно-технологічної системи, яка охоплює всі стадії та опе рації основних, допоміжних і обслуговуючих процесів для досягнення найвищої економічної ефективності, де всі етапи взаємопов'язані і спрямовані на досягнення необхідних кінцевих результатів.

Система найчастіше складається із великої кількості елементів, пов'язаних між собою та навколишнім середовищем, які діють як одне ціле. Окремий елемент може одночасно бути системою менших розмірів та складності, тобто, система може бути розділена на підсистеми. Кожна система характеризується притаманними їй властивостями:сукупність цих властивостей у певний момент часу визначає стан даної системи.

При дослідженні сучасного виробництва використовують системний аналіз, як методологію наукового пізнання і соціальної практики, в основі якої лежить дослідження об'єктів як систем. Такий підхід сприяє формулюванню проблеми та виробленню ефективної стратегії її аналізу і дослідження.

Системний аналіз передбачає розгляд системи певного рівня як частини надсистеми, з елементами якої вона пов’язана, а окремі елементи даної системи виступають підсистемами. Наприклад, у порядку зменшення, компонентами єдиної системи є народне господарство, галузь, підприємство, виробничий підрозділ (цех, дільниця, лінія), робоче місце.

У системному аналізі використовують наступні поняття.

Мета – це якісний стан, якого прагнуть досягнути в результаті функціонування системи.

Поведінка – це множина послідовних станів системи у часі її функціонування.

Цілеспрямована поведінка система називається функцією. Відповідно, регламентовану і цілеспрямовану поведінку системи називають функціонуванням.

Структура системи характеризує внутрішню організацію, порядок і побудову системи, тобто структура – це сукупність елементів і співвідношень  або зв’язків між ними.

Оточеннясистеми – навколишнє середовище та все, що не входить до  її складу.

Входи і виходи системи включають усі види зв’язків з навколишнім середовищем, її над- і підсистемою, це можуть бути зв’язки матеріального, енергетичного та інформаційного виду.

Властивістю системи є її найсуттєвіша ознака. Сукупність значень властивостей системи в зазначений момент часу називають станом системи.

 

Способи описання систем

Розвиток знань пов’язаний з підвищенням складності та урізноманітнення підходів до дослідження і його методів, що утворюють наступну послідовність наукового опису системи.

1. Параметричний – опис властивостей, ознак та відношень об’єкта на підставі емпіричних спостережень. Це найбільш проста форма і початковий рівень дослідження.

2. Морфологічний – визначення поелементного складу об’єкта, його будови та взаємовідносин параметрів, виявлених на попередньому етапі.

3. Функціональний – опис функціональних залежностей між параметрами (т. зв. „функціонально-параметричний опис”), між елементами об’єкта (функціонально-морфологічний опис) або між будовою об’єкта та його параметрами.

4. Фізичний – опис поведінки об’єкту, виявлення цілісної картини “життєдіяльності” об’єкта й механізмів, які дають змогу змінювати умови і режими їх роботи.

Наприклад, параметричний опис металорізального верстата як системи включає технічні характеристики (опис технологічних можливостей, кінематики, динаміки та силової взаємодії) і технічні показники (продуктивність, точність, жорсткість, потужність, маса, габарити тощо). Морфологічний опис верстата включає опис його джерел енергії, двигунів, передавальних і виконавчих механізмів, системи керування. Функціонально-параметричний опис поведінки верстата як системи можна виконати за допомогою фундаментальних законів, як закон збереження і перетворення енергії, кількості речовини тощо. Зокрема, функціонально - параметричний аналіз верстата описує залежність якості обробки від жорсткості його пружної перетворювальної системи, сил і моментів, які діють на деталь в процесі різання; залежність продуктивності від режимів різання та потужності приводу, умови балансу кінематичного ланцюга тощо.

Аналіз напрямків і закономірностей розвитку систем можна здійснювати у такій по слідовності:

• прогноз можливостей використання сучасних досягнень фундаментальних наукових досліджень і створення принципово нових технологічних систем;

• науково-технічна підготовка створення та освоєння нових систем;

• впровадження систем у виробничі процеси;

• комплексна оцінка ефективності технологічних систем на основі їх техніко-економічного та організаційно-економічного рівнів, технічного і технологічного рівня, рівня предметів праці, а також кадрового забезпечення.

Технологічні системи

 

Серед усієї різноманітності систем, з огляду на їх значення особливе місце займають виробничі і технічні (або технологічні)системи (ТС).

Технологічна система – сукупність машин для виконання основних і допоміжних операцій і процесів, організованих у певну виробничу структуру для досягнення спільної мети – випуску продукції, або виконання роботи, яка має ознаки цілісності і здатність до саморегулювання.

Іншими словами, технологічна система — це сукупність функціонально пов'язаних засобів технологічного устаткування і оснащення, предметів виробництва та виконавців у регламентованих умовах виробництва: (визначених технологічних процесів або операцій),об’єднаних єдиною виробничою метою – виготовлення продукції, або виконання певної роботи.

Для досягнення мети функціонування технологічної системи, виробництва продукції або створення послуг система повинна забезпечувати раціональне та економічне використання природних, матеріальних, енергетичних, фінансових та інших ресурсів.

Поряд із системою будемо мати справу із „не - системою”, яку характеризують як „ комплекс ” – сукупність машин для виконання основних і допоміжних операцій і процесів для досягнення однієї мети, в якій відсутня цілісність і здатність до саморегулювання; на відміну від системи в комплексі машини взаємодіють на основі простої кооперації.

Введення поняття технологічної системи, вивчення її структури і закономірностей функціонування дає змогу ефективно впливати на показники виробництва продукції, впроваджувати досягнення науково-технічного прогресу, знижувати матеріало- та енергомісткість виробів та виробничих процесів.

РОЗДІЛ 3

Суть технологій та їх види

Основне завдання кожної виробничої системи полягає в тому, щоб сприйняти сукупність вхідних матеріальних потоків (чинники виробництва) і з допомогою засобів виробництва та праці людини, виконавши низку дій за певними правилами, на „виході” видати результат, перетворивши їх у готову продукцію. Така трансформація реалізується в процесі виробництва, яке організують з єдиною метою – надати сукупності ресурсів нових властивостей, що відповідають певним вимогам і здатних задовольнити потреби користувача чи споживача, а закони, засади і правила цієї трансформації й визначає технологія.

Термін „ Технологія ” походить з грецької: технос — мистецтво, ремесло та логос — знання, дослівно— наука про ремесла, промисловість, виробництво. Класичне її визначення — це наука про способи і процеси отримання та перероблення продуктів природи, сировини, матеріалів у предмети споживання і засоби виробництва, тобто в готову продукцію.

Економічна енциклопедія характеризує технологію як спосіб поєднання різних матеріальних компонентів в системі продуктивних сил.

Технологія певної галузі людської діяльності – це сукупність усталених теоретичних знань, методів, засобів та засад виготовлення продукції чи виробів у цій галузі, які виникли та вдосконалилися протягом тривалого часу. Відповідно, історично склалися такі види технологій, як технології литва, пластичної обробки металів, різання, складання, зварювання, деревообробки тощо.

Як галузь сучасної прикладної науки технологія вивчає закони організації і функціонування виробництва, побудови раціональних технологічних процесів, втілення прогресивних методів виготовлення виробів на базі досягнень НТП та узагальнення передового досвіду.

Стосовно основного предмета нашого аналізу – машинобудування, дамо таке визначення:

Технологія машинобудування – це наука про виготовлення машин заданої якості і технічного рівня, у встановленій виробничою програмою кількості в задані строки при найменших виробничих витратах. Це визначення трактує ТМБ як сучасну науку, що має значну теоретичну та практичну базу і є поєднанням проблем: технічних (якість), економічних (матеріальні витрати) організаційних (випуск продукції у задані терміни) та задач планування (виготовлення заданої річної програми виробів).

Сучасний рівень і стан промислового виробництва та кон’юнктури ринку вкладають новий зміст у поняття „технологія”, акцентуючи її як науку про найбільш економічні способи і процеси виробництва сировини, матеріалів та виробів.

Як комплексна інженерна і наукова дисципліна, що вивчає основи сучасного виробництва технологія машин має значну теоретичну базу і тісно пов’язана з таким суміжними дисциплінами як теорія різання; металорізальні верстати та інструменти; технічні вимірювання, метрологія та стандартизація; допуски і посадки; матеріалознавство і термічна обробка.

РОЗДІЛ 7

Гибина різання.

Глибини різання рівна припуску металу, який необхідно усунути з поверхні заготовки на операції. На викінчувальних операціях оброблення припуск приймають не більше 0,5 мм. На проміжних операціях припуск може лежати в межах 0,5... 5 мм. На перших, чорнових операціях обробки припуск може бути більше 5 мм.

Припуск менший, ніж 7 мм допускається зрізати за один прохід, тоді глибина різання дорівнює припуску. Щоб уникнути вібрацій технологічної системи припуск більший, ніж 7 мм зрізають за два або більше проходи, а глибина різання на кожному проході може бути однакова, або її зменшують на кожному наступному переході.

При обробці тіл обертання глибина різання, як правило, дорівнює половині різниці діаметрів обробної і обробленої поверхонь.

 

Осьова подача.

Подача – величина переміщення леза або заготовки в русі подачі, яка припадає на один цикл руху. Циклом може бути повний оберт заготовки чи інструменту, або робочий хід. У деяких методах обробки (стругання, довбання) циклом є подвійний хід інструменту, який включає прямий хід (робочий рух) і зворотний хід (неробочий рух); для таких методів подачу вказують на подвійний хід.

Величину подачі s_o, також визначають видом операції. На чистових і викінчувальних операціях механообробки використовують подачі s_o < 0,1 мм/об.; на проміжних операціях подачу вибирають у межах s = 0,1 – 0,4 мм/об.; підготовчі операції виконують з високими подачами, порядку 0,4 – 0,7 мм/об.

На важких і потужних верстатах можна працювати з глибинами різання до 30 мм і з подачами до 1,5 мм/об.

Після встановлення глибини різання можна попередньо вибрати подачу із співвідношення:

5 < t/ s_o < 10.

Якщо для операції висувають підвищені вимоги щодо якості обробленої поверхні, та обмежують режими, щоб виконати умову 8 < t / s_o < 10, а подачу вибирають у межах s = (0,1 – 0,125) t..

Якщо важливішим є продуктивність, використовують співвідношення 5 < t/ s_o < 7, за якого подача рівна s = (0,18 – 0,2) t, а продуктивність при тій же швидкості буде більшою.

Отже, згідно з такими рекомендаціями, вибравши глибину різання можна встановити інтервал зміни значень подач. Остаточно величину осьової подачі вибирають з цього ряду з урахуванням додаткових обмежень. Для чорнових операцій такими обмеженнями є міцність механізму подач верстата, міцність тримача різця, твердість і міцність пластини з твердого сплаву. Для чистових операцій обмеженнями служать допустима точність і сила різання та шорсткість поверхні. Для різних початкових умов та методів обробки осьову подачу s_o можна вибрати з таблиць, наведених у Додатку 1 для відповідного метода обробки [1].

 

Швидкість різання.

Попередньо швидкість різання v розраховують за формулою:

, м/хв.,

де значення коефіцієнта C_v і показників ступенів m, x, у необхідновибирати для відповідного методу обробки з таблиць, наведених в Додатках.

Для всіх методів оброблень стійкість Т вибирають згідно з рекомендаціями залежно від операції та інструментального матеріалу. Наприклад, твердосплавні різці для проміжних токарних операцій можуть мати стійкість в межах 30 – 45 хв.

Для стругання, де переміщення інструменту в русі різання лінійне швидкість різання визначають як для точіння.

За швидкістю різання визначають частоту обертанняшпинделя:

п = 1000 v /(πD), хв^-1.

де D – діаметр заготовки, що підлягає обробленню, або діаметр обертового мірного інструменту (свердла, зенкера тощо), мм.

Розрахункову частоту обертання шпинделя коректують з ряду значень, які може забезпечити коробка швидкостей. Вибране значення п повинно враховувати необхідну продуктивність оброблення і якість обробки.

 

Сила різання і потужність різання.

Головну складову сили різання Р_z визначають з емпіричної залежності:

, Н,

а потужність різання, необхідну для оброблення заготовки твердістю НВ з глибиною різання t і подачею s_о  розраховують з залежності:

, кВт.

Коефіцієнти та показники ступенів у наведених формулах визначаються для відповідного методу і заданих початкових умов з таблиць, наведених у Додатках 1-4.

Ефективну потужність, щовитрачається на оброблення заготовки, розраховують з залежності:

N _дв = N_e/η

де η ≈ 0,8 - коефіцієнт корисної дії механізму головного приводу верстата.

За ефективною потужністю різання підбирають моделі верстатів для кожної операції. Від вибору моделі верстата залежать ціна і площа, яку він займає та потужністю головного приводу N_д, що впливає на вартість силової енергії. Ці витрати враховуються в розрахунках техніко - економічної ефективності операції (Розділ 10).

Обертовий момент М_кр на шпинделі верстата в процесі оброблення визначається як

М_кр, = 5·10^-4 РD, ,, кН·м,

де D - діаметр обробної заготовки, мм.

Складові штучного часу

Штучний час має чотири складові: основний час, допоміжний час, час на обслуговування робочого місця і час на особисті потреби робітника і відпочинок.

Основний час  – це тривалість основного технологічного переходу – закінченої частини операції, протягом якої відбувається зміна стану заготовки – форми та розмірів, якості, фізико-механічних властивостей поверхні. Основний час визначається на основі прийнятих режимів різання для методу обробки та виду операції:

, хв.,

де L – довжина шляху різання; мм  s_о – подача, мм/об.; n – частота обертання інструменту або деталі, хв^-1; і – кількість проходів.

Якщо припуск на поверхні становить Z мм, а глибина різання – t, мм то кількість проходів рівна

.

За стійкістю інструменту Т і основним технологічним часом t_o можна визначити ресурс інструменту, що характеризується кількістю заготовок К_зТ, оброблених різцем або іншим інструментом за період його стійкості:

.

Допоміжний час – це час, необхідний для встановлення - знімання та для закріплення - звільнення деталі, а також на виконання робітником прийомів керування верстатом і контрольні вимірювання. Цей час може бути ручним, механізованим (наприклад, завантаження заготовки з допомогою крану чи приверстатного маніпулятора), або машинним – при автоматичному допоміжному переміщенні інструменту чи заготовки. Допоміжний час можна встановити за укрупненими нормативами, наведеними в Додатку. В окремих випадках величину  можна знайти як частку основного часу .

Сума основного і допоміжного часів називається оперативним часом: , від величини залежать усі інші складові .

Час на обслуговування робочого місця – це час, необхідний для підтримання верстата і спорядження у працездатному стані і догляду за робочим місцем. Величина  має дві складові: час технічного обслуговування і час організаційного обслуговування .

При ручному обслуговуванні верстата  включає час на заміну і регулювання інструменту, регулювання верстата, усунення стружки з робочої зони, зупинку і пуск верстата, контрольні вимірювання.

До складу  входить прогрівання верстата на холостому ходу перед робою, прибирання робочого місця по закінченні зміни, отримання завдання від майстра, документації від технолога на початку зміни і здавання деталей контролеру в кінці роботи.

Нормативи допоміжного часу, часу на обслуговування і особисті потреби встановлюються дослідним шляхом.

У масовому та великосерійному виробництві час технічного обслуговування визначають у відсотках від основного часу:

,

а час на організаційне обслуговування визначають у відсотках від оперативного часу:

,

Залежно від типу і розміру верстата в масовому та великосерійному виробництві коефіцієнти а і а₁ мають такі значення: а = (1 - 3,5) %, a₁ = (0,8 - 2,5) %. У дрібносерійному та одиничному виробництві а = (10 - 15) %, a₁ = (4 - 8) %.

Час на перерви, відпочинок і особисті потреби  :

,

де b = (4…6)%в одиничному і серійному виробництвах, і b = (5…8)% - в масовому виробництві.

 

Для уточнених розрахунків відповідно до загальномашинобудівних нормативів з питань праці для токарно-гвинторізних верстатів a₁ = 3,5 %; для роботі на свердлильних верстатах з максимальним діаметром свердла до 12 мм a₁ = 3,5 %; для верстатів з діаметром свердел від 12 до 50 мм a₁ = 4,0%, а понад 50 мм a₁ = 4,5 %; для роботи на фрезувальних верстатах з ходом стола до 1250 мм a₁ = 3,5 %.

За тими ж нормативами b = 6 % при роботі з ручною зміною заготовок масою до 50 кг; b. = 7... 8 % при ручній зміні заготовок масою понад 50 кг; при механізованій зміні b = 4 %.

Штучний час у дрібно- і середньосерійному виробництві можна розрахувати наближено за оперативним часу:

,

де k = 24 - 35%.

 

У дрібно- і середньосерійному виробництві, в яких оброблення на металорізальних верстатах здійснюєть невеликими партіями деталей, а верстат і спорядження налагоджують для певної партії, нормований час має назву штучно-кошторисного часу , до складу  включають штучний і підготовчо - заключний час:

,

де  - підготовчо-заключний час на всю партію деталей (в середньому для різних видів обробки хв.); N - кількість деталей у партії запуску, шт.

Підготовчо-заключний час визначається окремо на всю партію деталей, а його величина не залежить від розміру партії. В підготовчо-заключний час входить:

1) час на ознайомлення робітника з роботою і кресленням;

2) час на підготовку робочого місця, налагоджування верстата, інструментів та пристосувань для обробки заданої партії деталей;

3) час на зняття інструменту і пристосувань по закінченні обробки даної партії деталей.

Норма часу на обробку партії деталей:

.

РОЗДІЛ 10

ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ТЕХНІЧНОГО ПЕРЕОСНАЩЕННЯ ВИРОБНИЦТВА

РОЗДІЛ 2

ТЕХНОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ ТА ЇХ ХА РАКТЕРИСТИКА