скачать книгу бесплатно
<10, при среднесерийном 10 <К
<20, при мелкосерийном 20 <К
< 40, при единичном производстве К
не регламентируется.
3.4.1. Единичный тип машиностроительного производства (ЕП)
ЕДИНИЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление которых, как правило, не предусматривается.
Единичное производство в современной инновационной технологии машиностроения имеет ряд особенностей:
1. Внедрению инновационных проектов предшествует этап научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), которые проводятся на участках ЕП, при этом окончательно утверждаются основные факторы эффективности проекта и оптимальная конструкция нового изделия.
2. Осуществляется выпуск опытной партии нового изделия, его «пилотный» образец
3. Единичное производство предназначено обслуживать другие виды промышленных производств – серийное, массовое – изготавливая по их заказу специальную оснастку и дополнительное оборудование, обеспечивая оснащение основных производств средствами механизации, дополнительными технологическими устройствами (штампы, модельные литейные формы…), приспособлениями (кондуктора, крепеж) и т. д. В целом, это предопределяет широкую гибкость современного машиностроения, играющую значительную роль в рыночной экономике. В ЕП изготавливаются специальные инструменты для основных производств.
4. Единичное производство – это проведение ремонтных работ в структуре основного производства. Оно является необходимым подразделением хозяйствующего субъекта любого уровня.
Например, ОАО «КамАЗ», наряду с десятками основных производств, имеет в своей структуре такое важнейшее подразделение, как ремонтно-механический завод (РМЗ), который за счет изготовления спецоснастки, специнструментов в единичных экземплярах для основного производства обеспечивает устойчивость жизненных циклов производственного процесса по выпуску конкурентоспособной продукции.
Техническое обеспечение ЕП. На рабочих местах в единичном производстве выполняют разнообразные операции без их периодического повторения на универсальном технологическом оборудовании. Универсальные станки, универсальная оснастка и универсальные инструменты (тиски для крепления деталей, угольники, прихваты и т. п.; стандартные резцы, сверла, фрезы и т. п.; универсальные измерительные средства: штангенинструмент, микрометры, нутромеры и т. п.) обеспечивают эффективное выполнение технологических операций обработки металлов резанием в процессе изготовления изделий в единичных экземплярах.
Единичное производство обслуживают высококвалифицированные станочники, слесари сборщики-универсалы. Рабочие, которые трудятся в единичном производстве, имеют высокую квалификацию т. к. в ЕП нередко требуется изготовить уникальное изделие.
3.4.2. Массовое производство (МП)
МАССОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО характеризуется большим объемом выпуска изделий узкой номенклатуры в течение продолжительного времени, при этом на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция т. е. для массового производства, как правило, К
= 1. МП обеспечивает стабильное качество и низкие издержки производства.
Структура производственного процесса (ПП) в массовом производстве с учетом принципа дифференциации записывается:
где ТП – технологический процесс; ТО – технологическая операция; ТПерех – технологический переход; РХ – рабочий ход (технологический проход).
Выделение коротких по длительности операций позволяет упрощать организацию и технологическое оснащение производства (механизацию, роботизацию, автоматизацию работ), совершенствовать навыки рабочих, увеличивать производительность их труда и качество производимой продукции.
Однако чрезмерная дифференциация повышает утомляемость рабочих на ручных операциях за счет монотонности и высокой интенсивности процессов производства. Большое количество операций приводит к излишним затратам на перемещение орудий труда между рабочими местами, установку, закрепление деталей и снятие их с рабочего места после окончания операции. Вместе с тем обеспечивается возможность механизации и роботизации технологических переходов и операций.
Принцип дифференциации технологического процесса в массовом производстве определяет возможность решения ряда задач повышения эффективности процесса, в частности:
– Механизации и автоматизации операционных переходов, что приводит к повышению производительности труда, снижению трудовых издержек.
– Роботизации выполняемых действий за счет установки на рабочем месте робота вместо человека. Роботу передается функция выполнения рабочего хода или технологического перехода, определенной технологической операции, технологического процесса. Роботизация обеспечивает реализацию инновационного технологического процесса и позволяет решить ряд социальных и экономических задач производства. В частности:
– роботы имеют возможность выполнять рабочие переходы в условиях опасных для жизни человека (сварка изделия, покраска, физико-химическая обработка и др.);
– роботы выполняют физически тяжелые, ритмично повторяющиеся изнуряющие виды работ;
– роботы обеспечивают качество выполнения операции;
– роботы минимизируют трудовые издержки.
Классификацию и виды промышленных роботов рассмотрим в разделе 3.5.
Техническое обеспечение МП. В массовом производстве применяют высокопроизводительное оборудование: специальные – дорогостоящие станки, изготовленные по спецзаказу и предназначенные для изготовления конкретной детали изделия; специализированные и агрегатные станки; станки для непрерывной обработки, многошпиндельные автоматы и полуавтоматы; автоматизированные производственные системы, управляемые от ЭВМ, автоматические линии.
Широко применяется многолезвийный и наборный специальный режущий инструмент, быстродействующие, автоматические и механизированные приспособления, измерительные инструменты и приборы. Для технологических процессов характерен высокий уровень использования средств автоматизации и комплексной механизации.
Типичным примером массового производства являются предприятия, на которых изготовляются автомобили, тракторы, мотоциклы, подшипники качения, велосипеды, швейные машины и т. д.
В крупносерийном и массовом производстве широко применяют поточную организацию производства. Она характеризуется расположением средств технологического оснащения в последовательности выполнения операций технологического процесса с определенным интервалом выпуска изделий.
Для организации поточного производства требуется одинаковая или кратная производительность на всех операциях. На линии поточного производства обработанные заготовки или собранные узлы выпускаются через строго определенный интервал времени, называемый тактом выпуска. Такт выпуска (мин/шт.) определяется по формуле
r = 60Ф
/ N, (3.10)
где Ф
– действительный фонд времени в планируемом периоде (месяц, сутки, смена), ч; N – производственная программа на этот же период, шт.
Действительный фонд времени Ф
работы оборудования меньше номинального Ф
или календарного на размер потерь времени на ремонт оборудования, т. е.
Ф
= Ф
?. (3.11)
Номинальный годовой фонд времени работы оборудования при односменной работе равен 2070 ч, при двухсменной – 4140 ч, при трехсменной – 6210 ч. Коэффициент потерь времени ? для металлорежущих станков составляет 0,98–0,96.
Ритм выпуска – количество изделий или заготовок определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени (ГОСТ 1109–82); представляет собой обратную величину такта.
Ритмичность выпуска изделия в массовом производстве успешно реализуется в условиях применения принципа дифференцирования технологических операций путем совокупной системы организации рабочих мест поточного производства. В частности, в условиях, когда такт выпуска определяется исходя из длительности одного выполнения одного из определяющих переходов ТО, выполнение других переходов обеспечивается их параллельным выполнением путем подбора рабочих мест.
Поточное производство является наиболее прогрессивным и экономичным. По этому принципу строятся автоматические линии обработки (сборки). Особенность автоматического производства – выполнение операций без непосредственного участия рабочего либо под его наблюдением и контролем.
Инновационный подход в организации технологического процесса в массовом производстве предусматривает возможность глубокой механизации, роботизации, выполнения технологических операций, что реализует достижение заданного качества изделия, снижения трудовых издержек, выведение станочников, рабочего контингента из зоны, опасной для здоровья и освобождение от выполнения физически тяжелых видов операций. Для этого инновационный подход к организации технологического процесса в массовом производстве предусматривает использование принципа дифференциации технологических операций до элементарного рабочего хода, выполнение которого можно механизировать, автоматизировать, роботизировать.
3.4.3. Серийное производство (СП)
СЕРИЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО характеризуется заданной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися производственными партиями (сериями) при заданном объеме выпуска.
Производственной партией называют группу заготовок одного наименования и типоразмера, запускаемых в обработку одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени. Понятие «серия» относится к числу машин, запускаемых в производство одновременно. Число деталей в партии и число машин в серии могут быть различными.
В серийном производстве реализуется главное преимущество современных МТП – гибкость производства т. е. способность перехода на выпуск новой партии изделия.
Серийное производство является основным типом современного машиностроительного производства, и предприятиями этого типа выпускается 75–80 % всей продукции машиностроения страны. Объем выпуска предприятия серийного типа – от десятков до сотен и тысяч регулярно повторяющихся изделий.
Серийное производство условно разделяют на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Серийность производства характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом. Если за одним рабочим местом закреплено от 2 до 10 операций, т. е. коэффициент К
=2?10, то такое производство считают крупносерийным; при К
= 10?20 – среднесерийным, при К
>20 – мелкосерийным.
Техническое обеспечение СП. Серийному производству свойственны следующие особенности: необходимость переналадки станков с операции на операцию, поскольку за одним рабочим местом закреплено несколько операций; расположение оборудования по потоку (в крупносерийном производстве) или по групповому признаку – группы токарных, фрезерных и других станков (в мелкосерийном производстве).
Условие гибкости в СП в современной технологии машиностроения реализуется благодаря введению в структуру металлообработки цифровых информационных технологий. Используется универсальное и специализированное оборудование: станки с ЧПУ (числовым программным управлением), обрабатывающие центры, станки, комплектуемые револьверной головкой.
Цифровое представление режимов резания на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), введение программы в вычислительные блоки станка позволяют задавать движения инструментов в 3-х координатном (и не только) виде и выполнить любую операцию программы выпуска в СП (рис. 3.3).
Рис. 3.3.Компактный токарный автомат с ЧПУ
Станки с ЧПУ в современном машиностроении представляют самое перспективное направление станкостроения, способное обеспечить высокую интенсивность труда и, что еще важнее, качество изделий.
Еще более перспективным в СП является использование ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРОВ, которые позволяют одновременно обрабатывать несколько поверхностей сложной заготовки.
Например, на заводе двигателей ОАО «КамАЗ» одной из основных операций является обработка блока цилиндров, которая выполняется на специальном станке – обрабатывающем центре «БЛОК». Работа такого станка обеспечивает выпуск высококачественных двигателей для грузовиков «КамАЗ».
Высокая производительность станков ЧПУ обеспечивается их комплектацией РЕВОЛЬВЕРНОЙ ГОЛОВКОЙ. Револьверная головка – это механизм, в котором закреплено большое количество инструментов и имеется возможность быстрой замены инструмента на шпинделе станка (рис. 3.4).
Рис. 3.4.Револьверная головка на станках Haas (время смены инструмента 1,6 сек)
Применяются гибкие автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанные с ЭВМ, групповые поточные линии и переменно-поточные автоматические линии. Технологическая оснастка универсальная. Средняя квалификация рабочих выше, чем в массовом производстве, но ниже, чем в единичном. Квалификация станочника требует владения информационными технологиями. Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных и ответственных заготовок при одновременном применении упрощенной документации и опытно-статистического нормирования простейших заготовок.
Трудовые издержки серийного производства. Для СП характерна высокая производительность труда за счет использования станков ЧПУ и, особенно, обрабатывающих центров. Вместе с тем, в серийном производстве при расчете норм времени на партию необходимо учитывать подготовительно-заключительное время.
Подготовительно-заключительное время r
затрачивается перед началом обработки партии заготовок или партии сборочных единиц и после окончания задания. К подготовительной работе относится: получение задания, ознакомление с работой, программное обеспечение ТП, наладка оборудования, в том числе установка специального приспособления; к заключительной работе относится: сдача выполненной работы, снятие специального приспособления и режущего инструмента, приведение в порядок оборудования и т. д. Подготовительно-заключительное время зависит от сложности задания, в частности от сложности наладки оборудования, и не зависит от размера партии.
В массовом производстве в силу повторяемости одной и той же операции необходимость в работах, выполняемых в подготовительно-заключительное время, отпадает.
В единичном производстве подготовительно-заключительное время включается в штучное время.
В серийном производстве норму времени на обработку партии заготовок или сборку партии сборочных единиц рассчитывают по формуле
r
= r
·n + r
, (3.12)
где n – размер партии.
Штучное время и подготовительно-заключительное время на выполнение операции над одной деталью образуют норму штучно-калькуляционного времени
r
= r
+ r
/n, (3.13)
На основе норм времени определяют расценки выполняемых операций, рассчитывают потребное количество оборудования для выполнения программы, осуществляют планирование производственного процесса.
3.4.4. Экономическая эффективность технологии машиностроения
Типизация в технологии машиностроения определяет взаимосвязь серийности производства и издержек на реализацию технологического процесса.
Рис. 3.5. Экономическая эффективность использования станочного оборудования в типовых технологиях машиностроения:
ЕП – единичное производство; МСП – мелкосерийное производство; ССП – среднесерийное производство; КСП – крупносерийное производство; МП – массовое производство; 1 – универсальные станки; 2 – станки с револьверной головкой; 3 – станки с ЧПУ; 4 – станки обрабатывающие центры; 5 – специальные станки; 6 – гибкие автоматизированные производства (ГАП)
Очевидно, чем выше программа выпуска изделия, тем более широко используются высокопроизводительные станки, информатизация производства, механизация, автоматизация и поточная система, что в конечном итоге создает условия минимизации издержек. Зависимость экономических издержек в машиностроении в условиях соответствующего типа производства и рационального применения станочного оборудования представлена на рис. 3.5.
Из рис. 3.5 видно, что правильное определение характера проектируемого ТП и степени его технической оснащенности, наиболее рациональных для данных условий конкретного серийного производства, является очень сложной задачей, требующей от технолога понимания реальной производственной обстановки, ближайших перспектив развития предприятия и умения проводить серьезные технико-экономические расчеты и анализы.
3.5. Классификация и виды промышленных роботов
П р о м ы ш л е н н ы й робот (ПР) – это автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Промышленный робот ные роботы обеспечивают с основными видами движений
Благодаря быстрой переналадке промышленнаибольший эффект в условиях частой смены объектов производства, а также при автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Применение промышленных роботов в массовом производстве позволяет в короткие сроки комплектовать средствами автоматизации автоматические линии различного назначения.
Как показывает опыт, комплексное применение промышленных роботов позволяет повысить производительность труда, сменность работы оборудования, а также существенно улучшить ритмичность и общую культуру производства.
Использование роботов открывает перспективы создания принципиально новых технологических процессов, не связанных с ограничениями, налагаемыми непосредственным участием человека.
Управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека, при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом, называется манипулятором. В зависимости от метода управления манипуляторы могут быть с ручным, автоматическим и интерактивным (комбинированным) управлением. Манипулятор с ручным управлением – устройство, в процессе управления которым непрерывно участвует оператор. Манипулятор с интерактивным управлением – устройство, в процессе управления которым автоматический и ручной методы управления чередуются во времени.
Автоматический манипулятор обеспечивает выполнение двигательных функций без участия оператора. Автооператор – неперепрограммируемый автоматический манипулятор.
Основными структурными составными частями ПР являются исполнительное устройство, система управления и информационная система (рис. 3.7). Исполнительное устройство ПР выполняет его двигательные функции. В состав ПР входит манипулятор и устройство передвижения.
