Разработка метода организации технологических систем на основе концентрации процессов механосборочного производства

На большинстве предприятий современного машиностроительного производства предметы труда находятся на технологическом оборудовании около 5% времени от нахождения деталей и сборочных единиц в цехах, остальное время приходится на дополнительные операции и перерывы, в том числе пролеживание [110].

По ГОСТ 2.101 сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями.

Сборочные операции являются составной частью подавляющего числа технологических процессов изготовления изделий в машиностроении. Примерно 35.40% соединений деталей осуществляется по гладким цилиндрическим поверхностям, примерно треть из них — продольно-прессовые соединения, образованные запрессовкой различного вида втулок. Эти втулки выполняют роль подшипников скольжения, направляющих элементов, усиливают (армируют) несущие поверхности, улучшают ремонтопригодность изделия (являются сменными). Наиболее распространенными представителями сборочных единиц с запрессованными втулками являются корпуса, кондукторы, рычаги и шатуны. Такие изделия составляют 6.7% от всей номенклатуры машиностроения [27].

Возникающие при запрессовке деформации тем или иным образом изменяют форму и размеры исполнительных поверхностей соединенных деталей, в ряде случаев значительно по сравнению с изначальными значениями. Для обеспечения требуемой точности осуществляется механическая обработка деталей в сборе с целью устранения негативного влияния сборочной взаимосвязи, а также технологических погрешностей. Технологический процесс производства таких изделий, как правило, включает обработку базовых и сопрягаемых поверхностей деталей на металлорежущих станках, соединение деталей на прессах или другом сборочном оборудовании, доработку деталей в сборе на металлорежущих станках.

Время, связанное с перемещением деталей на сборку и возвратное перемещение сборочных единиц на станок для обработки в сборе, является непроизводительно затраченным и может достигать нескольких часов. Устранить указанные недостатки можно посредством выполнения процессов сборки и обработки в единой технологической системе.

Технологическая система (ТС) — совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций [ГОСТ 27.004−85]. Различают четыре иерархических уровня технологических систем: технологические системы операций, технологические системы процессов, технологические системы производственных подразделений и технологические системы предприятий.

Принцип концентрации все шире используется при организации современных технологических систем. Там, где раньше применяли операционные станки с максимальной дифференциацией процесса обработки на отдельные операции, сейчас концентрируют большее количество операций на одном станке с тем, чтобы сократить длительность производственного цикла, производственные площади и количество используемого оборудования [58]. Особенно это проявляется в ТС на базе станков с ЧПУ, в которых заложены такие принципиально важные технические решения, как автоматизация смены заготовок, инструмента, автоматический контроль. При исследовании механосборочных производств большое внимание уделяется оценке простоев и нахождению условий повышения эффективности использования основного технологического оборудования [46].

В современном машиностроении существуют примеры концентрации обрабатывающих и сборочных процессов на металлорежущих станках. Например, в отечественном машиностроении в ряде случаев используют токарно-револьверные автоматы для автоматизации сборки в условиях крупносерийного производства. В этом случае базовую деталь после обработки оставляют в шпинделе станка, а сопрягаемые детали подают из магазинов или бункеров посредством суппортов либо револьверной головки. В частности, такие автоматы используют для завальцовки и запрессовки деталей. При этом штучное время на изготовление снижается в среднем на 23% [65]. В качестве примера также можно привести компанию «Wirth&Gruffat» (Франция), поставляющую токарные горизонтальные многошпиндельные автоматы с ЧПУ, реализующие сборку изделий непосредственно на этих станках. Изготовление сборочной единицы, состоящей из втулки и стержня, включает этапы: точение втулки на первых позициях токарного автоматазапрессовка стержня во втулку (с использованием промышленного робота «KLAIN») на одной из позиций станка без снятия втулки из патронасовместная обработка втулки и стержня на следующих позициях станка [76].

Учитывая непроизводительный характер затрат времени, связанных с перемещением объектов производства между средствами производства, свойственных организации машиностроительного производства на основе последовательного выполнения обрабатывающих и сборочных процессов, а также структуру технологических погрешностей изготовления сборочных единиц, является актуальной задача организации технологических систем производства сборочных единиц на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов.

Существенный вклад в развитие теории управления технологическими системами внесли многие российские и зарубежные ученые: К. А. Багриновский, В. Т. Борисович, В. В. Бузырев, В. Н. Бурков, Ю. Б. Гермейер, А. П. Градов, В. Г. Засконов, В. А. Ириков, А. К. Еналеев, В. А. Козловский, В. В. Кондратьев, А. Ф. Кононенко, П. А. Краюхин, H.H. Моисеев, Д. А. Новиков, В. В. Федоров, A.B. Федорков, К. Arrow, Т. Groucs, A. Gibbard, О. Hart, Е. Maskin, R. Myerson, R. Radner и другие.

Среди работ в области разработки организационно-экономических методов и моделей следует отметить результаты исследований таких ученых как: B.C. Акопов, A.A. Колобов, А. Н. Майоров, JIM. Мартынов, О. Н. Мельников, И. Н. Омельченко, С. Г. Фалько и др.

Основы совершенствования и повышения эффективности сборочных процессов на базе научных исследований были заложены и развиты в трудах выдающихся отечественных ученых: Б. С. Балакшина, A.A. Гусева, B.C. Корсакова, М. П. Новикова и других. Выполнено значительное количество исследований по выявлению влияния технологических методов и их условий на качество поверхности и конструктивные, технологические и эксплуатационные свойства изделий. Этому направлению посвящены работы ученых Б. М. Базрова, Б. С. Балакшина, A.C. Васильева, A.M. Дальского, А. И. Кондакова, B.C. Корсакова, A.A. Маталина, А. Г. Суслова и др.

В настоящее время нельзя говорить о концентрации обрабатывающих и сборочных процессов, как о сложившемся методе организации ТС, так как метод — совокупность научно обоснованных и практически подтвержденных правил и процедур, объединенных единством целей, механизмов и условий реализации. На сегодня практически отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования, в том числе и обобщение производственного опыта, которые послужили бы научной базой при организации технологических систем на основе концентрации сборочных и обрабатывающих процессов. Существуют лишь отдельные практические примеры реализации подхода концентрации процессов в области обработки и сборки.

Отличительной особенностью организации производства на основе концентрации обработки и сборки является исключение целого ряда транс-портно-накопительных операций и, как следствие, сокращение длительности производственного цикла и себестоимости изготовления изделий. При этом обеспечивается требуемая точность размеров и относительного положения исполнительных поверхностей изготавливаемых сборочных единиц, исключается погрешность, вызванная многократными переустановками сборочной единицы с обрабатывающего оборудования на сборочное и обратно.

Целью работы является повышение эффективности технологических систем производства сборочных единиц.

Объектом исследования в работе являются технологические системы (ГОСТ 27.004−85) производства сборочных единиц в машиностроении.

Предметом исследования в работе является организация технологических систем производства сборочных единиц.

Научная новизна проведенного исследования отражена в следующих, выносимых на защиту положениях:

— разработан метод организации технологических систем на основе концентрации процессов механосборочного производства;

— разработаны математические модели, позволяющие минимизировать длительность производственного цикла и технологическую себестоимость изготовления сборочных единиц при организации производства на основе концентрации процессов при задаваемых значениях организационно-технологических факторов;

— формализованы условия концентрации процессов машиностроительного производства в виде логических ограничений и допущений;

— установлена функционально-параметрическая взаимосвязь обрабатывающих и сборочных процессов;

— выявлены организационно-технологические факторы, оказывающие влияние на длительность производственного цикла изготовления изделий при организации технологических систем механосборочного производства на основе концентрации процессов, установлена взаимосвязь между факторами.

Практическая значимость работы заключается:

— в разработанной методике организации технологических систем на основе концентрации процессов механосборочного производства, обеспечивающей как высокую результативность организуемых технологических систем, так и выполнение требований к изготавливаемым изделиям;

— в разработанной и апробированной программе практических мероприятий, позволяющих определять целесообразность и эффективность организации технологических систем производства сборочных единиц на основе концентрации обрабатывающих и сборочных процессов;

— в выявленных требованиях к объектам производства, рекомендуемым к обработке и соединению в организуемых ТС.

Результаты работы нашли применение в условиях промышленного производства на предприятиях г. Калуги: ОАО «Калугатрансмаш» и ОАО «Инструментальный завод «Инсэл».

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались основные положения организации производства, автоматизации и управления технологическими процессами и производствами, технологии машиностроения, проектирования технологического оборудования, математической статистики, системного анализа, теории множеств.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Проведенный анализ современного состояния организации технологических систем производства изделий на основе концентрации процессов в машиностроении выявил, что представленная в научно-производственных источниках информация не носит фундаментального, обобщающего характера. При этом отсутствуют работы, в которых с достаточной полнотой были бы изложены сведения о методике и практике проектирования таких систем, оценке их эффективности. Анализ показал, что корпусные изделия составляют 26% от всей номенклатуры машиностроения. Почти треть из них — это изделия с запрессованными втулками, при организации производства которых могут быть использованы результаты выполненной работы.

2. Разработаны формализованные условия концентрации процессов машиностроительного производства в виде логических ограничений и допущений.

3. Установлена функционально-параметрическая взаимосвязь обрабатывающих и сборочных процессов.

4. Разработана и апробирована программа практических мероприятий, позволяющих оценить вклад отдельных составляющих в общую технологическую погрешность изготовления, подлежащую устранению путем обработки деталей в сборе, а также на основе сделанной оценки определить технологическую целесообразность принятия решения об организации ТС на основе концентрации обрабатывающего и сборочного процессов. Программа апробирована при исследовании организации производства изделия «Крышка». Выявлено, что организационно-технологическая система, созданная на основе концентрации обработки и сборки, позволяет сократить длительность основного технологического времени (на 28%), путем устранения погрешности переустановки сборочной единицы.

5. Выявлены организационно-технологические факторы, оказывающие влияние на величину сокращения длительности производственного цикла изготовления изделий при концентрации сборочных и обрабатывающих процессов по сравнению с изготовлением на основе последовательного выполнения обработки и сборки. Наиболее существенное влияние оказывают: время перемещения транспортной партии между операциями ттр и погрешность установки сборочной единицы для обработки деталей в сборе Ауст.

6. Разработаны математические модели, позволяющие минимизировать длительность производственного цикла и технологическую себестоимость изготовления сборочных единиц при организации производства на основе концентрации процессов при задаваемых значениях организационно-технологических факторов.

7. Выявлены специфические требования к объектам производства, подлежащим обработке и соединению в организуемых технологических системах. Так, например, при сопряжении по цилиндрическим поверхностям образующая охватываемой сопрягаемой поверхности базовой детали изделия должна состоять из участков, описываемых в системе координат технологической системы только невозрастающими функциями, а охватывающаятолько неубывающими функциями.

8. Разработан метод организации технологических систем на основе концентрации процессов механосборочного производства.

9. Разработана и апробирована методика принятия научно обоснованного решения об организации технологических систем механосборочного производства изделий на основе концентрации процессов. Методика подтвердила свою эффективность в производственных условиях при изготовлении сборочных единиц «Крышка» и «Плита кондукторная», что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Длительность производственных циклов сократилось на 57% и 32% соответственно. Повысилась эффективность использования имеющегося оборудования, что позволило сформировать дополнительные инвестиции в техническое перевооружение предприятия путем модернизации оборудования с расширением его технологических возможностей.