Основные положения по выбору состава технологического оборудования

(наименование вопроса)

Для современного механосборочного производства характерен высокий уровень автоматизации производственных процессов, поэтому технологическое оборудование должно обеспечивать не только автома­тизацию обработки или сборки, но и стыковаться с оборудованием и тех­нологическими средствами, объединяющими отдельные виды технологиче­ского оборудования в единый автоматизированный производственный процесс.

Так, например, станки с ЧПУ для встраивания в состав ГПС долж­ны стыковаться с промышленными роботами для их автоматической за­грузки, системы ЧПУ должны иметь вход для стыковки с ЭВМ высшего уровня и для передачи в их запоминающее устройство заранее разработан­ных управляющих программ, иметь системы диагностики и т.д.

Характер и состав технологического оборудования во многом определяется типом производства. Тип производства является классифи­кационной категорией в зависимости от широты номенклатуры, регуляр­ности, стабильности и объема выпуска изделий. Различают три типа произ­водства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой изготавливаемых изделий и малым объемом выпуска. Это, как правило, опытное производство изделий, изготовление уникальных машин.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенкла­турой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партия­ми и сравнительно большим объемом выпуска. В условиях серийного про­изводства выпускают 75-80% изделий. Характерна тенденция увеличения относительной доли серийного производства. Серийное производство в зависимости от числа изделий в партии или серии и их повторяемости условно делят на мелко-, средне- и крупносерийное. Продукцией серийно­го производства являются станки, компрессоры, специальные машины- и другие изделия, выпускаемые, как правило, в различных модификациях на общей базе.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых в тече­нии продолжительного времени. Продукцией массового производства в машиностроении являются автомобили, тракторы, холодильники и другие изделия, выпускаемые в больших количествах.

Для определения типа производства пользуются коэффициентом закрепления операций:

 

Кз.о.= nоп/М

где –nоп число различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению на участке, линии или цехе в течении месяца, М - число мест рабочих соответственно участка, линии или цеха.

ГОСТ 3.1108-74 рекомендует следующие значения коэффициен­тов закрепления операций в зависимости от типа производства: для единичного производства - свыше 40; для мелкосерийного производства - свыше 20 до 40 включительно; для среднесерийного производства - свыше 10 до 20 включительно; для крупносерийного производства - свыше 1 до 10 включительно; для массового производства - 1.

Таким образом, тип производства с технологической точки зре­ния характеризуется средним числом операций, выполняемым на одном рабочем месте, а это в свою очередь определяет степень специализации и особенности используемого оборудования. В пределах одного цеха на раз­ных участках могут быть различные типы производства. Это во многом зависит от продолжительности операций технологического процесса дета­лей или изделий изготовляемых на участке. Так, например, изготовление базовых деталей станка может быть организовано по принципу крупносе­рийного производства, в то время как на участках для изготовления дета­лей типа тел вращения (валов, зубчатых колес и др.) может быть средне­серийное или даже мелкосерийное производство. Это связано с тем, что трудоемкость обработки базовых деталей в десятки раз выше трудоемкости изготовления деталей типа тел вращения.

Необходимо иметь в виду то, что деление на типы производства условно, а также то, что при широком развитии ГПС будут постепенно стираться существенные различия в оборудовании производства различно­го типа. Даже массовое производство в настоящее время становится бы­стросменным, что требует высокопроизводительного оборудования, ко­торое может быстро переналаживаться на изготовлении других изделий.

При выборе состава технологического оборудования современных цехов механосборочного производства необходимо учитывать следующие основные тенденции в технологии производства машин; интенсификацию технологических процессов; повышение качества обработки деталей и сборки машин; комплексную автоматизацию производственных процес­сов; повышение производительности труда и рентабельности производ­ства.

Интенсификация производственных процессов заключается в использовании параллельных и параллельно-последовательных схем обра­ботки и сборки, в создании и применении оборудования, реализующего многоинструментальную обработку в одной или нескольких позициях од­новременно. Наиболее широкое применение интенсивные технологии нашли в массовом и крупносерийном производстве, где широко использу­ют агрегатные станки и автоматические линии, скомпонованные из них. Так как современное массовое производство характеризуется быстросменностью, агрегатные станки и автоматические линии должны обладать гиб­костью к изменению определенных конструктивных параметров изделий.

Традиционные одно- и многошпиндельные автоматы, существен­ным недостатком которых была сложность и высокая трудоемкость пере­наладки, в настоящее время оснащают системой ЧПУ, что делает эффек­тивным их применение в условиях не только гибкого массового, но и се­рийного производства. При этом в токарных станках с ЧПУ предусматри­вают инструментальные шпиндели для обработки пазов, внецентренных отверстий, лысок и других поверхностей. Это позволяет практически пол­ностью изготавливать деталь на одном станке.

Эффективность обработки повышают интенсификацией режимов резания за счет применения высокопроизводительных режущих материа­лов. Повышение точности обработки обеспечивают применением чисто­вого точения, фрезерования и растачивания инструментами из сверх твер­дых материалов.

В условиях серийного производства возможности использования интенсивных технологий на основе параллельной или параллельно-последовательной концентрации технологических переходов были ограни­чены значительными потерями на переналадку. Широкое использование современных станков с ЧПУ, оснащенных инструментальными магазина­ми, обеспечивает значительную интенсификацию процесса обработки благодаря резкому сокращению вспомогательного времени (до 3-4 раз).

Создание многоинструментальных станков с ЧПУ для парал­лельной обработки, например, токарных станков, оснащенных головками, позволяет вести обработку валов, фланцев и других изделий с пазами, лысками, поперечными и внецентренными отверстиями. Широкие техноло­гические возможности подобных станков обеспечивают их эффективность в мелко-, средне- и крупносерийном производстве. Многошпиндельную обработку на специализированных агрегатных станках с успехов применя­ют в массовом и крупносерийном производстве. При этом ведут одно­временную обработку нескольких заготовок (параллельная схема), либо последовательную обработку нескольких поверхностей одной заготовки.

Основным критерием при выборе состава оборудования цеха являются минимальные приведенные затраты на годовой выпуск:

З=С+Ен*К,

где: С - себестоимость годового выпуска; Ен - нормативный коэффициент эф­фективности капитальных вложений; К - капитальные вложе­ния, рассчитанные на годовой объем продукции, которые включают стои­мость оборудования, инструмента, знаний, затраты на незавершенное производство, жилищное и культурно-бытовое строительство.

Развитие автоматизации производства, а также современные тен­денции в машиностроении, характеризующиеся увеличением удельного веса многономенклатурного производства и сокращением продолжитель­ности выпуска изделий в условиях массового производства, обусловили создание и широкое внедрение гибких производственных систем (ГПС).

ГПС - это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производ­ственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в те­чении заданного промежутка времени, обладающая свойством автома­тизированной переналадки при производстве изделий произвольной но­менклатуры в установленных пределах знаний их характеристик.

По организационным признакам выделяют следующие ГПС; гиб­кая автоматизированная линия (ГАЛ), гибкий автоматизированный учас­ток (ГАУ) и гибкий автоматизированный цех (ГАЦ).

Производственная структура ГПС включает в себя два основных комплекса: производственный и управляющий вычислительный комплекс. При построении комплексов и их составных частей используют системный подход; каждая составная часть рассматривается как система, состоящая

из технических средств автоматизации и механизации физического труда и управленческих функций с определенным порядком их взаимодействия.

В свою очередь производственный комплекс включает в себя про­изводственную систему и систему обеспечивания функционирования про­изводства. Система обеспечивания функционирования ГПС - это совокуп­ность взаимосвязанных систем, обеспечивающих технологическую под­готовку производства изделий, управление ГПС с помощью ЭВМ, хране­ние и автоматическое перемещение объектов производства и технологи­ческой оснастки.

В общем случае в состав системы обеспечения функционирования входят:

- автоматизированная транспортно-складская система;

- автоматизированная система инструментального обеспечения;

- автоматизированная система управления технологическими про­цессами;

- система автоматизированного контроля;

- автоматизированная система удаления отходов;

- автоматизированная система проектирования;

- автоматизированная система управления ГПС и др.

В соответствии с двумя формами специализации участков механообработки- технологической и предметной, возможны два направления создания ГПС.

Первое направление охватывает автоматизацию отдельных тех­нологических операций и создание операционных ГПС (токарных, фре­зерных, шлифовальных).

Второе направление характеризуется комплексной автоматиза­цией технологических процессов обработки деталей определенного класса, что в условиях быстрой переналадки обеспечивает значительно большую эффективность по сравнению с эффективностью операционных ГПС. Ор­ганизационной основой ГПС является групповая технология, обеспечи­вающая минимальные простои оборудования из-за переналадки при це­левой подетальной специализации участков и цехов. В этом случае на участке выполняются технологически однородные операции обработки одного изделия или нескольких различных изделий.

Для этого предварительно производят классификацию всех дета­лей по конструктивно-технологическим признакам. Затем детали объединяют в группы по признаку общности применяемого оборудования, нала­док и инструментальной оснастки. После этого разрабатывают групповые технологические процессы, позволяющие выполнять обработку на участке любых деталей группы по общему технологическому процессу.

В соответствии с принципами групповой технологии создают ГПС для изготовления:

- деталей типа тел вращения (валы, фланцы, втулки, зубчатые колеса и др.);

- корпусных деталей и пространственных кронштейнов и рычагов;

- плоскостных деталей (планки, крышки, панели и др.)

- смешанной группы деталей, состоящих из деталей, входящих в перечисленные выше группы.

Преимущества ГПС наиболее полно реализуются, если на авто­матизированном участке или линии осуществляется полное изготовление деталей. Однако ввиду отсутствия пока ГПМ для некоторых технологиче­ских операций, а также необходимости использования имеющегося обору­дования, допускается в обоснованных случаях выполнять отдельные опера­ции на других участках с более низким уровнем автоматизации.

В этом случае ГПС включается в качестве составной части участка, цеха имеющий менее высокий уровень автоматизации для обес­печения замкнутого цикла изготовления.

В настоящее время в механообработке применяют три типа ре­шений ГПС:

1.создание гибких участков и линий из работающих на заводе и серийно выпускаемых станков с ЧПУ. При этом участки дополняют автоматизиро­ванными транспортными системами, складами. Станки оснащаются уст­ройствами автоматической загрузки;

2.создание линий и участков на базе типовых решений, разработанных станкостроительными НИИ и КБ, и серийно выпускаемых ГПМ;

3.создание ГПС на базе специальных разработок с использованием новых прогрессивных решений и оборудования, спроектированного по агрегат­ному принципу (многопозиционных многоцелевых станков, ГПМ с мно­гошпиндельными головками и др.).

ГПС занимает промежуточное положение между станками с ЧПУ, обладающими высокой гибкостью и относительно маленькой произ­водительностью, и автоматическими линиями массового производства, вы­сокопроизводительными, но значительно менее гибкими.

Основными источниками повышения эффективности ГПС являются, повышение машинного времени за счет автоматической смены заго­товок и сокращения времени переналадки, повышение коэффициента сменности до 2,5-3, уменьшения вложений в оборотные средства путем сокращения партий запуска и производственного цикла.

По этому при выборе состава ГПС и степени автоматизации транспортной системы, системы инструментообеспечивания и контроля необходимо оценивать допустимое при этом возростание стоимости произ­водственной системы по сравнению со стоимостью при использовании ав­тономных станков с ЧПУ. Ориентировочно допустимое возростание стои­мости ГПС по сравнению со стоимостью автономных станков К цв.ст-долж­но быть компенсировано увеличением машинного времени (К цв.м.в.), увели­чением стоимости (К цв.см.) и уменьшением вложений в оборотные средства (К ум.о.с.)

 

Кцв.ст.=(К цв. м.в.*К цв.см)/К ум.о.с.

 

При выборе состава основного оборудования сборочных цехов и сборочных отделений необходимо учитывать изложенные выше принципы, обеспечивая наименьшие приведенные затраты на годовой выпуск.

В состав основного сборочного оборудования включают обору­дование для выполнения технологического процесса сборки: сборочные стенды, верстаки для сварки, столы сборщиков, металлорежущие станки для дополнительной обработки при сборке, прессы, моечные машины, ис­пытательные и контрольные стенды, сборочные конвейеры, автоматиче­ские и автоматизированные сборочные установки и линии и т.д.

В массовом и крупносерийном производстве сборку выполняют с использованием автоматических и автоматизированных установок и линий, сборочных конвейеров, средств механизации и автоматизации тех­нологических переходов сборки на отдельных позициях.

В условиях серийного, мелкосерийного и единичного производ­ства используются сборочные стенды, верстаки, оснащенные приспособ­лениями и механизированным инструментом в соответствии с выполняемой работой,

Прогресс в области роботизации открывает реальные перспек­тивы использования в условиях серийного производства автоматизиро­ванных сборочных мест, оборудованных одним или несколькими сбороч­ными роботами с магазином сменных схватов и их автоматической сменой. На их основе создают ГПС сборки.