Методы технологического проектирования производственных систем

Производственную программу цеха, участка — совокупность изделий установленной номенклатуры, выпускаемых в задан­ном объеме в течение года, — определяют исходя из произ­водственной программы завода с учетом установленного про­цента запасных частей. В условиях рынка необходимо иметь резервные мощности для маневра, поэтому этот фактор также должен быть учтен при определении производственной про­граммы.

В зависимости от типа производства и этапа проектирова­ния производственная программа может быть точной, приведен­ной и условной.

Проектирование по точной программе предусматривает раз­работку подробных ТП обработки или сборки с техническим нор­мированием на все детали или сборочные единицы, входящие в производственную программу. Этот метод применяют для про­ектирования участков, отделений и цехов крупносерийного и мас­сового производства. В этом случае производственная програм­ма представляет собой ведомость, включающую полный пере­чень деталей или сборочных единиц, подлежащих обработке или сборке в данном цехе, с указанием их количества и массы, а для механических цехов — вида заготовок и материалов.

Проектирование по приведенной программе применяют для проектирования цехов средне- и мелкосерийного производства. Это объясняется тем, что при значительной номенклатуре объем проектных и технологических разработок становится очень боль­шим и для его сокращения реальную многономенклатурную про­грамму заменяют приведенной, выраженной ограниченным чис­лом представителей и эквивалентной по трудоемкости факти­ческой многономенклатурной программе.

С этой целью все детали или сборочные единицы разбивают на группы по конструктивным и технологическим признакам. В каждой группе выбирают деталь или сборочную единицу-пред- ставитель, по которой далее проводят расчеты. На указанные представители разрабатывают ТП обработки или сборки и пу­тем технического нормирования или иным способом определя­ют трудоемкость их обработки или сборки. Рекомендуются сле­дующие соотношения между массой и годовым объемом выпус­ка объекта-представителя и других объектов производства, входящих в группу:

0,5 m _max ≤ т ≤ 2 т _min

0,1 N _max ≤ N ≤ 10 N _min,

где m _max,  т _min; N _max, N _min — соответственно наибольшие и наи­меньшие массы и годовые объемы выпуска объектов производ­ства, входящих в группу.

Если указанные соотношения не выдерживаются, группу не­обходимо разделить на две или более групп. Вопрос формирова­ния групп и выбора типовых представителей является очень от­ветственным, так как от этого зависит точность последующих технологических расчетов и проектных решений.

В практике проектирования любой объект производства, вхо­дящий в группу, может быть приведен по трудоемкости к типо­вому представителю с учетом различий в массе, объеме выпус­ка, сложности обработки или сборки и других параметрах. Об­щий коэффициент приведения

К _пр = К ₁ К ₂ К _3… К _n,

 

где К ₁, К ₂, К ₃— коэффициенты приведения по массе, по се­рийности и по сложности соответственно; К_п — коэффициент приведения, учитывающий другие особенности собираемого из­делия, например различие в точности изделий (в станкострое­нии), наличие комплектующих поставок по кооперации отдель­ных узлов или агрегатов и т. п.

Коэффициент приведения по массе для геометрически по­добных деталей определяют по формуле

где т _i, m _пред — соответственно массы рассматриваемой детали и детал и - представителя.

Физически коэффициент К ₁, выражает отношение площадей поверхностей детали рассматриваемой группы и детали-предста­вителя.

Коэффициент приведения, учитывающий различия в массе собираемых изделий, определяют по формуле

или

где ∑ т _i, ∑ m _пред — соответственно суммарная масса деталей рас­сматриваемого изделия группы и изделия-представителя, при­чем первую формулу используют при большом объеме приго­ночных работ, а вторую — при малом.

Коэффициент приведения по серийности учитывает измене­ние трудоемкости обработки или сборки при изменении годово­го объема выпуска. Это обусловлено, например, большей целе­сообразностью применения более совершенного приспособления, сокращающего время установки детали при обработке или сборке, если объем выпуска увеличивается. В практике проектирования этот коэффициент определяют по эмпирической формуле

K ₂ = (N _пред / N_i)^α

где N _пред , N_i — соответственно годовой объем выпуска изделия- представителя и приводимого изделия; а — показатель степени, равный 0,15 — для объектов легкого и среднего машинострое­ния и 0,2 — для объектов тяжелого машиностроения.

Коэффициент приведения по сложности К ₃ учитывает влия­ние конструктивных факторов на станкоемкость обработки или трудоемкость сборки. Так, повышение точности обработки и уже­сточение требований по шероховатости поверхности приводят к увеличению станкоемкости обработки деталей. Трудоемкость сборки, например, существенно зависит от числа сопрягаемых элементов в конструкции изделия, точности сопряжения и мно­гих других факторов, учесть которые очень сложно. В общем виде коэффициент приведения по сложности можно предста­вить в виде произведения коэффициентов регрессии, учитываю­щих корреляционные связи между конструктивными факторами и трудоемкостью приводимых изделий:

K ₃ = P ₁ ^{α 1} P ₂ ^α2 … P_n^{α n}

где P _{1  ,} P ₂ , …, P_n — коэффициенты, учитывающие отличие соот­ветствующих технических параметров в рассматриваемом изде­лии и изделии-представителе; α ₁, α ₂,..., а_п — показатели, ука­зывающие на степень влияния соответствующих технических параметров на трудоемкость обработки или сборки.

Для конструктивно подобных деталей обычно бывает дос­таточным учесть различие в точности изготовления рассматри­ваемой д ет али и детали-представителя, оценив, например, сред­ний квалитет IT обрабатываемых поверхностей. В этом случае значение коэффициента К ₃ можно определить по следующим данным:

__

IT……………… 6     7       8       11      12     13

K ₃…………….. 1,3    1,2     1,1     1       0,9     0,8

 

Здесь средний квалитет детали-представителя принят равным IT11. В других случаях указанные значения могут быть скоррек­тированы делением значения К ₃ для рассматриваемой детали на соответствующий коэффициент детали-представителя. Например,

если квалитет детали-представителя IT8, то все значения К ₃ пред­ставленного ряда необходимо разделить на 1,1.

При наличии у детали рассматриваемой группы значитель­ных конструктивных отличий от детали-представителя коэффи­циент К ₃ определяют экспертным путем.

Произведение всех коэффициентов приведения дает общее зна­чение коэффициента приведения для рассматриваемой детали, сбо­рочной единицы или изделия. Приведенную программу выпуска для каждого изделия определяют как произведение заданной про­граммы выпуска и общего коэффициента приведения.

В результате этого вместо заданной многономенклатурной программы получают эквивалентную по трудоемкости приведен­ную программу, выраженную в ограниченном числе изделий- представителей:

где п — число деталей (изделий) в группе; N_i — годовой объем выпуска i -й детали (изделия); K _{пр i} — общий коэффициент при­ведения детали, изделия.

По этой программе ведут все последующие расчеты, сохра­няя однако неизменной общую массу изделий для проектирова­ния транспорта и складов.

Проектирование по условной программе применяют, когда не­возможно точно определить номенклатуру и технические харак­теристики будущих машин (опытное, единичное производство). В этом случае также выбирают изделие-представитель — услов­ную машину, для которой ведут технологическое проектирова­ние на заданную (условную) годовую программу.

При проектировании цеха или участка наряду с характерис­тикой и номенклатурой выпускаемых изделий необходимо иметь достоверные данные о трудоемкости изделия. Трудоемкостью Т изделия называют время, затраченное на его изготовление, вы­ражаемое в человеко-часах. Определяют трудоемкость по нор­мативам, отражающим применение в производстве современных методов и средств. Расчетная трудоемкость включает в себя все нормируемое по ТП время, как станочное, так и ручное, при­чем при многостаночном обслуживании суммарное время обра­ботки на станках, обслуживаемых одним рабочим, делят на чис­ло обслуживаемых станков.

При расчете количества оборудования необходимо иметь дан­ные о станкоемкости Т_ст изделия, т. е. о затраченном на изго­товление изделия времени, выражаемом в станко-часах работы оборудования. Связь между трудоемкостью и станкоемкостью определяется выражением:

Т = Т_ст / К _м + Т_руч,

где К _м — коэффициент многостаночного обслуживания, или сред­нее число станков, обслуживаемых одним рабочим; Т_руч — тру­доемкость ручных операций, Т_руч = (0,03...0,08)Т.

В зависимости от этапа проектирования, типа производства и других факторов трудоемкость (станкоемкость) механической обработки детали или сборки изделия определяют различными способами.

Проектирование цехов и участков массового и крупносерий­ного производства ведут по точной программе, что предполагает наличие детально разработанных ТП обработки и сборки с тех­ническим нормированием. При этом трудоемкость обработки комплекта деталей или сборки узлов на одно изделие для мас­сового производства будет

а для серийного производства —

где п — число деталей в изделии при определении трудоемкости обработки или узлов — при определении трудоемкости сборки;

m — число операций обработки детали или сборки узла; t _{ш ij}, t _{ш-к ij} — соответственно штучное и штучно-калькуляционное время выполнения j -й операции обработки i -й детали или сборки i -го узла.

Суммарная трудоемкость сборки изделия Т_сб.и дополнитель­но включает трудоемкость общей сборки Т_общ изделия из пред­варительно собранных узлов, т. е. Т_сб.и = Т_уз + Т_общ, где Т_уз — трудоемкость узловой сборки.

При отсутствии детально разработанных ТП изготовления всех деталей их трудоемкость (станкоемкость) может быть определе­ на аналоговым методом по трудоемкости (станкоемкости) деталей-представителей с помощью коэффициента приведения:

Т_и = Т_пред K _пр,

где Т_и, Т_пред — соответственно трудоемкости обработки или сбор­ки рассматриваемой детали или изделия данной группы и дета­ли или изделия-представителя.

При разработке проектов технического перевооружения или реконструкции цехов, а также в тех случаях, когда объектом про­ектирования является освоенное изделие, трудоемкость (станко- емкость) обработки деталей этого изделия или трудоемкость его сборки можно определить по заводским данным, полученным в ходе предпроектного обследования, с учетом внедрения новой технологии, средств автоматизации и механизации производствен­ных процессов в проектируемом производстве.

В ходе предпроектного обследования выявляют как суммар­ную станкоемкость обработки деталей, так и станкоемкость об­работки на основных группах оборудования, а для сборки — трудоемкости узловой сборки, слесарно-пригоночных работ, об­щей сборки изделия, испытания изделия в целом и его отдель­ных сборочных единиц.

Одновременно при этом определяют наиболее «узкие» места производства, т. е. те операции и процессы, которые в наиболь­шей степени сдерживают расширение производства и улучше­ние качества продукции. При этом устанавливают объемы ра­бот, переводимые на станки с ЧПУ, ГПМ, многоцелевые стан­ки и другое прогрессивное оборудование, и корректируют их с помощью коэффициента прогрессивности К _пг, учитывающего более высокую производительность этого оборудования:

Т_{ст н i} = Т_{ст i} / К _пг

где Т_{ст н i}, Т_{ст i} — соответственно станкоемкость i -го вида работ по проектному (новому) и базовому вариантам.

Абсолютные значения коэффициентов прогрессивности за­висят от сложности обрабатываемых деталей, технического уровня действующего производства, партии запуска. Чем сложнее обра­батываемые детали, ниже технический уровень действующего производства и меньше партия запуска, тем выше значение ко­эффициента К _пг и наоборот. Так, при переводе деталей типа тел вращения на станки с ЧПУ и ГПМ рекомендуется прини­мать К _пг = 1,5...3, а при переводе на токарные многоцелевые станки — К _пг = 4...5. При переводе корпусных деталей на мно­гоцелевые станки и ГМП в зависимости от указанных выше фак­торов коэффициент К _пг = 2...6.

При дипломном проектировании расчетную станкоемкость при выполнении годовой программы участка или цеха можно ориентировочно определить по формуле

Т_{ст ∑} = Т * _{ст ∑} K _из K _у

где Т*_{ст ∑} — суммарная станкоемкость годового выпуска деталей по заводским данным; K _из — коэффициент изменения станко- емкости для годового объема выпуска, K _из = N _Н / N _б (N_H, N _б — соответственно годовой объем выпуска деталей в проектном (но­вом) и базовом вариантах); К_у — коэффициент ужесточения, представляющий собой отношение станкоемкости обработки де­талей на участке или в цехе после внедрения новой технологии к станкоемкости обработки аналогичных деталей по действую­щей на заводе технологии.

Значение коэффициента ужесточения при дипломном про­ектировании можно определить на основе сопоставления стан­коемкости обработки деталей-представителей по сравниваемым вариантам, т. е. по тем деталям, на которые разрабатывали но­вые ТП:

K _у = Т_{ст н /} Т_{ст б}

где Т_{ст н,} Т_{ст б} — соответственно станкоемкость обработки дета­лей-представителей по проектному (новому) и базовому вари­антам.

При механообработке трудоемкость разметочных, моечных, слесарных и других дополнительных работ зависит от типа про­изводства (в процентах от станкоемкости): 8... 15 % — для еди­ничного и мелкосерийного, 5... 10 % — для среднесерийного, 3...6 % — для крупносерийного и массового производства.

При укрупненном проектировании, применяемом на этапе тех­нико-экономического обоснования проекта, станкоемкость меха­нической обработки годового выпуска деталей изделия определя­ют по показателям станкоемкости механической обработки ком­плекта деталей одного изделия или одной тонны массы изделия.

Трудоемкость сборки изделия можно найти по станкоемкос­ти механической обработки при изготовлении деталей данного изделия. Для этого необходимы данные о соотношении между трудоемкостью сборки и станкоемкостью механической обработки в аналогичных производствах.

Таблица 7.2

Структура трудоемкости сборочных работ в различных производствах, %

 

Вид сборочных работ	Тип  производства
	единичное	мелко­серийное	серийное	крупно­серийное	массовое
Слесарно-сборочные работы	25-30	20-25	15-20	10-15	—
Узловая сборка	5-10	10-15	20-30	30-40	45-60
Общая сборка	60-70	60-70	50-60	45-60	40-55

Трудоемкость сборки изделия подразделяют на трудоемкость слесарно-пригоночных работ, узловой и общей сборки (табл. 7.2).

Из приведенных в таблице данных следует, что в условиях единичного и мелкосерийного производства увеличивается доля слесарно-пригоночных работ и общей сборки. Это объясняется тем, что сборку в основном ведут на одном рабочем месте (стен­де), а требуемая точность ответственных сопряжений обеспечи­вается пригонкой. В условиях массового производства в целях сокращения цикла сборки и увеличения производительности из­делие разбивают на отдельные узлы, сборку которых ведут па­раллельно.