Организация автоматизированного производства

Поточное производство в своем развитии идет по пути автоматизации.

Комплексно-механизированное и автоматизированное поточное производство – это система машин, оборудования, транспортных средств, обеспечивающая строго согласованное во времени выполнение всех стадий изготовления изделий, начиная от получения исходных заготовок и кончая контролем (испытанием) готового изделия и выпуска продукции через равные промежутки времени.

В основе автоматизированного производства лежат автоматические линии, которые обладают всеми преимуществами поточного производства, позволяют непрерывность производственных процессов сочетать с автоматичностью их выполнения.

Автоматическая линия (АЛ) – это система машин-автоматов, размещенных по ходу технологического процесса и объединенных системой управления и автоматическими механизмами и устройствами для решения задач транспортировки, накопления заделов, удаление отходов, изменения ориентации.

Автоматические линии служат для выполнения в автоматическом режиме определенных операций (стадий) производственного процесса и зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготавливаемых изделий. Поэтому в состав АЛ может входить разное количество оборудования: от 5-10 для изделий средней сложности до 100-150 ед. оборудования при массовом производстве сложных изделий.

В комплекс АЛ входит транспортная система, предназначенная для подачи заготовок со склада к стендам, перемещения подвесного технологического оборудования от одного стенда к другому, для транспортировки со стендов готовых изделий на главную линию или склад готовой продукции.

В зависимости от функционального назначения АЛ в машиностроении могут быть заготовительными, механообрабатывающими, термическими, механосборочными, сборочными, контрольно-измерительными, упаковочными, консервационными и комплексными.

Для автоматических линий определяют цикловую, потенциальную и фактическую производительность.

Цикловая производительность q_ц  АЛ определяется по формуле

 

q_ц = N_ц / T_ц,

 

где q_ц – цикловая производительность, шт/ч; N_ц – число изделий (деталей), изготавливаемых за один цикл, шт.; T_ц – время одного цикла, ч.

Время одного цикла равно сумме основного и вспомогательного времени:

T_ц = t_о + t_в,

 

где t_о – основное время (на обработку изделия); t_в – вспомогательное время (на установку, закрепление и снятие изделия).

Потенциальная производительность q_п  АЛ определяется по формуле

q_п =  ,

где q_п – потенциальная производительность, шт/ч; N_ц - число изделий (деталей), изготавливаемых за один цикл, шт.; T_ц - время одного цикла, ч; t_т.о – время технологического обслуживания.

Фактическая производительность q_ф АЛ определяется по формуле

 

q_ф=  ,

 

где q_ф – фактическая производительность, шт/ч; N_ц - число изделий (деталей), изготавливаемых за один цикл, шт.; T_ц - время одного цикла, ч; t_т.о – время технологического обслуживания; t_о.о  - время организационного обслуживания.

Таким образом, при цикловой производительности простои линии полностью отсутствуют, при потенциальной учитываются затраты времени на регулировку и подналадку оборудования. Фактическая производительность учитывает потери времени по организационным причинам.

Коэффициент общего использования АЛ К _о.т.и характеризует ее организационно-технический уровень. Отражает все непроизводительные затраты времени (как технические: простои из-за плановых и внеплановых ремонтов, так и организационные):

К_о.т.и =  = , отсюда q_ф  = q_ц · К_о.т.и,

 

где К_о.т.и - коэффициент общего использования АЛ; T_ц - время одного цикла, ч; t_о – основное время (на обработку изделия); t_в – вспомогательное время (на установку, закрепление и снятие изделия); t_т.о – время технологического обслуживания; t_о.о  - время организационного обслуживания.

Такт (ритм) автоматической линии r определяется по формуле

 

r =   t_о + t_в + t_тр ,

где t_тр – время транспортировки изделия (детали) с одной позиции на другую.

Автоматические линии делятся на участки, синхронизация обеспечивается по группам операций на каждом участке. С этой целью создается компенсационный задел, который определяется по формуле

 

Z_к = t_к.з (  -  ) =  ,

где Z_к –компенсационный задел; t_к.з – время создания компенсационного задела; r _min, r _max – меньший и больший такты смежных участков; r – допускаемая величина колебания усредненных тактов.

Отсюда допустима величина отклонения тактов на смежных участках определяется:

r = .

Широкое применение в практике нашли роторные машины и роторные автоматические линии (РАЛ).

Автоматические роторные линии (АРЛ) представляют собой разновидность автоматических линий, оснащенных специальным оборудованием на основе роторных машин и транспортирующих устройств.

АРЛ работают следующим образом. Во вращающемся цилиндре-роторе имеются гнезда по количеству операций для изготовления деталей. Установленная особым приспособлением в гнездо заготовка направляется навстречу орудиям обработки. Поворот по кругу гнезда с заготовкой означает окончание одной операции и переход к следующей.

Преимущество роторных линий состоит в исключении транспортных операций. Пока идет обработка одной и той же детали, они не требуют переналадки инструмента. На каждой роторной линии можно одновременно обрабатывать несколько разных деталей, устанавливая в разных позициях ротора необходимые инструменты, что позволяет автоматизировать изготовление небольших серий изделий.

Для каждого ротора цикл Т_ц.р.л  равен сумме интервалов, связанных с его поворотом на определенный угол. Расчет ведется по формуле

 

Т_ц.р.л = t_п + t_к.п + t_з + t_т + t_о.и + t_р + t_т.т + t_х,

 

где Т_ц.р.л  - цикл роторной линии; t_п – передача заготовки из транспортного ротора в инструментальный блок рабочего ротора α₁; t_к.п – контроль за правильностью положения, наличием или отсутствием заготовки перед обработкой α₂; t_з – закрепление заготовки и подвод инструмента α₃; t_т – технологическая операция α₄; t_о.и – отвод инструмента α₅; t_р – раскрепление изделия α₆; t_т.т – передача изделия из технологического ротора в транспортный α₇; t_х – холостое движение инструментального блока α₈.

Величина обратная длительности цикла, является частотой вращения ротора .

Цикловая производительность АРЛ q_{ц. р. л} определяется по формуле

 

q _{ц. р. л} = v _{т. р} / l _р,

где v _{т. р} – окружная скорость перемещения позиции ротора; l _р – шаг между позициями ротора.

Фактическая производительность РАЛ q_{ф. р. л} равна:

 

q _{ф. р. л} = q _ц. / К_т.и.,

 

где К_т.и – коэффициент технического использования АРЛ.

Для отдельной роторной машины цикловая производительность q_{ц. р} определяется как произведение числа рабочих (инструментальных) позиций n_и  на  по формулам

q_{ц. р} = n_и ; q_{ц. р} = n_и / Т_ц.р.л..

 

Главные преимущества автоматических роторных линий – высокая производительность, безотказность, возможность получения синхронного процесса, непрерывность транспортного движения, быстросъемность (без остановки ротора).

В машиностроении на автоматических роторных линиях выполняются операции холодной и горячей штамповки, прессования из металлопорошков; обработки пластмасс, точного литья, токарной обработки тел вращения, нанесения покрытий, сборки и упаковки, контроля формы и размеров изделий.

Необходимое количество автоматических или автоматических роторных линий n _л   для выполнения годовой программы выпуска изделий (деталей) N определяется по формуле

n _л =  ,

 

где q_т  - техническая производительность АЛ (АРЛ), шт/ ч; Ф_д – действительный фонд времени работы линии за год, ч; К_n  - коэффициент, учитывающий потери времени по техническим и организационным причинам.

При n _л  0,8 использовать линию в одну смену неэффективно, поэтому надо оценить возможность создания многономенклатурной линии.

Прогрессивная область техники – робототехника.

Промышленные роботы имеют перед человеком преимущество в скорости и точности выполнения однообразных операций, манипулятор может осуществлять такие движения, которые человек не может выполнить физически.

 

Роботы успешно заменяют человека на химических предприятиях и в научных лабораториях, где приходится иметь дело с вредными химическими или радиоактивными веществами, на атомных электростанциях, в помещениях с повышенным уровнем радиации, в кузнечных цехах для работы с раскаленными и тяжелыми заготовками, на морском дне при строительных работах и в других случаях.

Разнообразие производственных процессов предопределяет различные типы роботизированных технологических комплексов (РТК).

Роботизированный технологический комплекс (РТК) – это совокупность единиц технологического оборудования, промышленного робота и средств их оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

РТК может быть представлена в виде цеха, состоящего из нескольких роботизированных технологических участков (РТУ), автоматизированных складов и транспортных промышленных роботов.

В результате внедрения роботов меняется организация управления технологическими процессами, ликвидируются ручные операции, сокращаются межоперационные запасы предметов труда, повышается производительность труда и качество продукции.

Одним из направлений внедрения достижений научно-технического прогресса и решения задач обновления и расширения ассортимента выпускаемой продукции является создание гибких производственных систем (ГПС).

Под гибкостью производства понимается его способность быстро и при минимальных затратах на том же оборудовании переходить на выпуск новой продукции.

Гибкая производственная система (ГПС)представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с числовым программным управлением, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающих свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

ГПС предназначена для выполнения основных производственных процессов (заготовительных, механических и других видов обработки и сборки). Такая система обладает способностью быстрой переналадки для изготовления различных изделий данного конкретного производства.

По организационным признакам различают следующие виды ГПС:

§ гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) – гибкая производственная система, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций;

§ гибкий автоматизированный участок (ГАУ) – гибкая производительная система, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования;

§ гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) – гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных и роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры;

§ система обеспечения функционирования технологического оборудования ГПС – совокупность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой при помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

В общем случае в систему обеспечения функционирования ГПС входят: автоматизированная транспортно-складская система (АТСС), система автоматизированного контроля (САК), автоматизированная система удаления отходов (АСУО), автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО), автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП); автоматизированная система научных исследований (АСНИ), система автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП), автоматизированная система управления ГПС (АСУ ГПС) и др.

Основой ГПС является гибкий производственный модуль.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) – это автономно функционирующая единица технологического оборудования.

Для обеспечения эффективности ГПС выделяют две группы организационных задач:

- организацию взаимодействия ГПС со смежными подразделениями предприятия;

- организацию производственного процесса в самой ГПС.

Производительность оборудования ГПС оценивают как степень использования фонда времени оборудования, входящего в ее состав.

Для ГПС определяют коэффициенты:

- использования фонда времени К_ф.в , рассчитываемый по формуле

 

К_ф.в =  ,

 

- загрузки К_з.о – по формуле

К_з.о =  ,

 

где Ф_{о i} , Ф_{в i} – фонды времени работы i - го вида оборудования по управляющей программе и входящего в ГПС соответственно; t_{в i} , t_{о i} – время вспомогательное и обслуживания j –го вида оборудования соответственно; i = 1,…, n – количество оборудования в системе.

Для каждой группы деталей i рассчитывается необходимое количество оборудования на каждой операции j:

 

n_{i j} =  ,

 

где n_{i j} – количество оборудования для изготовления i -й группы деталей на каждой j - й операции; N_i – программа выпуска i -й группы деталей; к _в – коэффициент потерь времени на восстановление оборудования; к _о – коэффициент организационных потерь времени; Ф – фонд времени работы оборудования; q_{i j} – производительность (потенциальная) оборудования.

Обеспечению бесперебойной работы ГПС способствует склад, где хранятся заготовки, детали, инструмент и готовые изделия.

Склад представляет собой определенное количество ячеек. Вместимость ячейки может быть принята равной размеру партии детали.

В промышленности сформировались два основных направления создания ГПС. Первое направление – создание ГПС на базе вновь изготавливаемого, а в ряде случаев – специально проектируемого нового оборудования (ГПС –Н). Второе направление – создание ГПС на базе уже имеющегося на предприятии действующего оборудования с ЧПУ (ГПС-Д).

 

 

Контрольные вопросы и задания

1. Что понимается под методом организации производства?

2. Назовите методы организации производства.

3. Назовите признаки, характеризующие непоточное производство?

4. Для какого типа производства характерен поточный метод организации производства?

5. Назовите признаки, характеризующие поточное производство.

6. Дайте понятие поточной линии.

7. Приведите классификацию потоков.

8. Дайте понятие распределительного и рабочего конвейера.

9. По каким показателям производят расчет работы поточной линии?

10.Дайте понятие и оцените преимущества АЛ, АРЛ, РТК, ГПС.

 

Литература

1. Бык, В.Ф. Организация производства: практикум для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 1-25 01 07 «Экономика и управление на предприятии», 1- 25 01 10 «Коммерческая деятельность» / В.Ф. Бык, Л.М. Синица, Т.В. Бондарева. – Минск: ИВЦ Минфина, 2007. – 270 с.

2. Новицкий, Н.И. Организация промышленного производства: учеб. пособие / Н.И. Новицкий, А.А. Горюшкин; под ред. проф. Н.И. Новицкого. -Минск:  РИПО, 2008. – 393 с.

3. Синица, Л.М. Организация производства: Учеб. пособие для студентов вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн: УП «ИВЦ Минфина», 2004. - 521 с.: ил.

4. Холодилина, Е.В. Организация машиностроительного производство: учеб. пособие / Е.В. Холодилина. – Минск: РИПО, 2016. – 179 с.: ил.