книги / Организация и планирование машиностроительного производства
..pdfа) неразрывная цепь автоматически действующих производствен ных и вспомогательных устройств с непосредственной жесткой переда чей полуфабрикатов из одной позиции обработки в другую;
б) система гибко связанных отдельных звеньев, где каждое из звень ев представляет собой совершенно независимую машину, а каждая гиб кая связь между такими звеньями представляет собой агрегат в виде при емника-накопителя запаса полуфабрикатов и автоматического транспор тера-перегружателя;
в) система из гибко связанных отрезков цепи, в каждом из которых звенья связаны неразрывно и передача полуфабрикатов из позиции в по зицию производится непосредственно, гибкая же связь между отрезками цепи представляет собой приемник-накопитель с автоматически дейст вующим транспортером-перегружателем.
Допустимая степень неравенства (скорость расхода задела) усреднен ных темпов выпуска определяется периодом времени, через который бун кер пополняется некоторым количеством дополнительных полуфабрика тов для компенсации исходного задела до момента его возобновления. Это дополнительное количество полуфабрикатов называется компенси рующим заделом (ZK), а интервал его пополнения — периодом компен
сации (Тк): |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
_ |
Т А |
Z =Т |
|
|
х к |
|
|
■б у |
|
Т Т |
|
|
|
|
||
|
|
|
мw6 |
где тм, Тб — соответственно меньший и больший усредненный цикл; А — относительная допустимая величина неравенства усредненных тем пов выпуска с соседних участков линии (устанавливают на основе экспе риментальных и практических данных).
Разделение автоматической линии на участки с установлением между ними промежуточных бункеров позволяет в ряде случаев уменьшить про стои линии, однако это мероприятие не всегда эффективно, так как сопро вождается усложнением механизмов линии и не обеспечивает достаточ ной надежности ее в эксплуатации. Поэтому промежуточные бункеры нельзя рассматривать как главное средство борьбы с простоями линии. Весьма существенное значение в этом отношении имеет устранение са мих причин возникновения простоев путем совершенствования конст рукции оборудования и повышения его эксплуатационной надежности, правильного ухода за механизмами, профилактического ремонта и т.д.
Линии со сквозной транспортировкой просты и надежны в эксплуата ции, применяются главным образом для обработки изделий такой конфи гурации, которая позволяет поступательно скользить им по полозкам и оставаться неподвижными в процессе обработки. Автоматизация транс
портировки сводится к проталкиванию изделий по полозкам на один шаг после каждого рабочего цикла станков. Линия состоит из одно- и двусто ронних агрегатных станков. Недостатком указанных линий являются зна чительные затраты времени на холостые ходы, так как перемещение, за жим, обработка и освобождение изделий совершаются последовательно. Следовательно, с точки зрения величины вспомогательного времени ав томатические линии со сквозной транспортировкой целесообразны при обработке изделий, требующих больших затрат машинного времени. Ли ния обслуживается двумя рабочими, один из которых в начале линии про изводит загрузку изделий, второй в конце линии — разгрузку или снятие готовых деталей.
Структура ритма автоматических линий со сквозной транспортиров кой изделий такова:
1)установка изделия (^„0;
2)транспортировка изделия на одну позицию вперед (Ц);
3)фиксация и зажим изделия
4)подвод рабочих инструментов (^стрО;
5)машинное время обработки (по главному технологическому про
ходу) (tuam);
6)отвод рабочих инструментов (tHHCTP2);
7)снятие готовой детали
Таким образом, ритм работы R:
R —tecnl |
+ ^ П2 + tHHCTp] + tMani + tnнстр2 4" ^ „ 2 |
= |
|
= |
^тр **" |
^^инстр tMaill. |
|
Обозначим: ltKn + |
^^инстр |
^ ^маш Гтехн* |
|
Величина гтехн называется |
технологическим временем |
ритма. |
R = Ц + гтех„ .
Через каждый промежуток времени R с линии сходит обработанное изделие. Время пребывания каждого изделия в процессе обработки без учета потерь, не связанных с организационной структурой процесса:
Тпреб “ R * П ~ R (n p a 6 + П хол) ,
где Тпреб — Цикл обработки изделия, мин; п — количество рабочих и хо лостых ходов.
Количество деталей, одновременно находящихся в работе (Нп), равно количеству рабочих и холостых ходов линии:
Нп “ П — Праб + Пхол.
Линии с транспортировкой изделий подвесными приспособлениями являются более универсальными и используются для обработки изделий
круглого сечения с большим соотношением длины и диаметра (1/d > 5): изделие в процессе обработки вращается; транспортировка их произво дится подъемниками, перемещающимися по рельсам. Подъемники дей ствуют синхронно и связаны друг с другом так, что в горизонтальном на правлении они перемещаются на один шаг совместно. Обрабатываемые изделия сначала захватываются спускающимися захватами подъемни ков, затем освобождаются от зажимов станков, поднимаются подъемни ками, перемещаются на один шаг, спускаются и зажимаются на станках для обработки. Этот метод транспортировки довольно сложен и требует значительных затрат времени. Время транспортировки составляет боль шой удельный вес в общей длительности ритма, что приводит к потерям в использовании оборудования.
Рассматриваемые линии имеют одностороннее расположение обору дования; холостые ходы встречаются редко и главным образом за счет за грузочных позиций специальных или агрегатных многопозиционных станков.
Ритм этих линий состоит из следующих элементов:
1)опускание изделия подвесным приспособлением над каждым станком на уровень центров либо на зажимные приспособления;
2)закрепление изделия на станке;
3)пуск станков;
4)подвод инструментов;
5)машинное время обработки (по главному технологическому про
ходу);
6)отвод инструмента в исходное положение;
7)захват изделия подвесными приспособлениями;
8)освобождение изделий;
9)подъем изделий подвесными приспособлениями на соответствую щую высоту;
10)горизонтальное перемещение изделий подвесными приспособле
ниями.
R |
Ц>1 |
4- |
tgcni |
+ t Bcn2 |
+ |
t „ HCTpi |
+ t MailI + 1инстр2 |
1вспЗ |
1BCII4 |
“f" |
trp3 |
+ |
1тр4= ^1тр |
^ |
^ всп |
^инстр |
Гтех- |
|
|
|
|
R = Etrp + |
гтех. |
|
Через каждый промежуток времени, равный R, с линии сходит обра ботанное изделие.
Так как указанные автоматические линии имеют загрузочный бункер, то время пребывания изделий в процессе определяется следующим обра зом. При периодической (по мере расхода всего запаса) полной загрузке питающего бункера заготовками — время нахождения в процессе 1-й де
тали бункера Т = R(np»e + пхол + 1); 2-й детали бункера Т = R(np,6 + пх0„ + 2); предпоследней детали бункера Т = R(npa6 + пхол + п^п); последней детали бункера Т = R(np»6 + пхол + Пз»п + 1).
На основе арифметической прогрессии определяется среднее время нахождения одного изделия в процессе (T4Cp):
При загрузке АЛ по одному изделию (редко применяется) время на хождения каждого из них: Тц = R (пр»б + nx<UI + 1).
Среднее количество деталей, одновременно находящихся в процессе для первого случая, равно:
Н„ = Прав Чхол 1 Цип/ 2.
Емкость бункера следует выбирать такой, чтобы Тц.ср и Н„, а также за нятость рабочего были минимальными. Эти линии отличаются от линий
со сквозной транспортировкой тем, что: |
|
1) потери на ожидание (из-за несинхронное™ |
инструментов) |
уменьшаются; |
|
2) станки во время транспортировки выключаются, на транспорти ровку требуется больше времени; в R входят два дополнительных эле мента: пуск и остановки станка.
Автоматические линии с промежуточными бункерами создаются для обработки изделий небольших габаритов простой формы (шарики, роли ки и т.д.) или цилиндрических с отношением 1/d > 5. Изделия траспортируются по желобам, трубам или цепным транспортером, оборудование линии расположено в один ряд, изделия в процессе обработки вращают ся, имеют место холостые ходы за счет загрузочных позиций специаль ных многопозиционных станков, включенных в линию. Все элементы процесса, в том числе и загрузки изделий, автоматизированы.
Ритм этих автоматических линий состоит из следующих элементов:
1)установка изделия на станки;
2)закрепление изделий;
3)пуск станков;
4)подвод рабочих инструментов;
5)машинное время обработки (по главному технологическому пере
ходу);
6)остановка станков;
7)отвод рабочих инструментов;
8)распределение изделий на станках;
9)транспортировка изделий на одну позицию вперед.
Транспортировка изделий на следующую рабочую позицию произво дится одновременно с другими элементами ритма и не влияет на его про должительность. Время нахождения изделия в процессе равно:
Н„ |
Праб |
Пхол “Ь Пдуц ^*1 |
Пщ / 2. |
Тцхр зависит от выбранного ритма, загрузки питающего бункера; при загрузке изделий по 1 шт. Тцср -> min.
Недостатки указанных линий: громоздкость и конструктивная слож ность транспортно-загрузочного устройства, значительное увеличение
Потери, связанные с использованием автоматических линий, вызыва ются холостыми ходами, несовмещением транспортировки и других вспомогательных элементов процесса с tMaui, наладкой и подналадкой ин струментов, приспособлений, оборудования и плановым ремонтом по следних, простоями из-за неподачи заготовок и т.д.
Для АЛ с жесткой связью или участка линии с гибкой связью действи тельный фонд рабочего времени Ф равен:
Ф Тр + Тпр Тр + Тоб Тхех "+■ Т„„ + Торг»
где Тр — суммарное время работы; T„p — суммарное время простоев; Тоб— суммарное время восстановления оборудования; Т ^ ,— суммар ное время простоев при техническом обслуживании; Т„н— суммарное время простоев при переналадке; Торг — суммарное время простоев по организационным причинам.
Фонд времени АЛ с гибкой связью включает также наложенные про стои Тил.
Производительность автоматических линий. В практике эксплуа тации АЛ оценка их производительности определяется как среднее число изделий, обрабатываемых за определенное время. Для АЛ с жесткой свя зью номинальная (цикловая) производительность
QH = q/xH.
где тн — среднее время одного цикла работы оборудования (номиналь ный цикл); q — число изделий, изготовленных за один цикл.
Среднее время одного цикла
где т„тех— среднее машинное время, затраченное непосредственно на формообразование с учетом врезания и выхода инструмента; т'„ — сред нее вспомогательное время, затрачиваемое на зажим и фиксацию загото вок или приспособлений-спутников, время перемещения заготовок с по зиции на позицию, быстрый подвод-отвод силовых органов; т°„— сред нее время ожидания срабатывания медленно работающих агрегатов в со ставе линии. На лимитирующей позиции АЛ (позиции, механизмы которой возвращаются в исходное положение последними) т°„ = 0.
Общая (цикловая) производительность АЛ
Qp q / Тф |
q / (т„ “t" TQ6 |
Т-гех ^ Торг |
тпн), |
где Тф — средний фактический интервал времени между двумя последо вательно выполненными циклами с учетом простоев; Тоб, ттех, Торг— сред нее время простоев соответственно в связи с восстановлением работоспо собности оборудования, отнесенное к одному циклу; в связи с техниче ским обслуживанием, отнесенное к одному циклу; по организационным причинам, отнесенное к одному циклу; тпн — среднее время переналадки при переходе на обработку другой детали, отнесенное к одному циклу.
Возможность повышения производительности АЛ и уровень эксплуа тации комплексно оцениваются коэффициентом использования:
Ко |
Qp I QH —Тн / (т„ + |
Тоб + |
T jo t + Тррг Tjm ) = |
|
= Тр/(Тр + Т„б + |
Ттех |
+ Тпн + ТорГ). |
Производительность линии без учета простоев по организационным причинам и из-за переналадок рассчитывается с помощью коэффициента технического использования:
Кт — Тн / (Тн + Тоб "*■ Ттет) = Тр / (Тр + Тоб |
Ттех). |
Цикловые затраты времени оценивают коэффициентом изменения цикла:
к и Тн.Пр / т н,
где тн.пр — номинальный цикл согласно проекту АЛ. Производительность АЛ с гибкой связью определяют по последней
единице оборудования в составе линии или в группе параллельно рабо тающего оборудования:
Qi„ = mq/Tj„,
где'ш — число параллельно работающих единиц оборудования, выпол няющих одну операцию; т(н — средняя длительность цикла последней единицы или группы параллельно работающего оборудования.
Линию с гибкой связью можно представить как ряд последовательно расположенных участков, каждый из которых характеризуется своим ко эффициентом использования. Вводится понятие потенциальной произво дительности Qin и потенциального такта Тщ выпуска i-ro участка:
Qin —Я I ^in>
где Tjn — средний интервал календарного времени между последователь ным выпуском i-м участком линии двух изделий в случае, когда учитыва ются только собственные простои оборудования участка.
Оборудование АЛ с гибкой связью имеет разную номинальную и по тенциальную производительность. Линии комплектуют специализиро ванными станками, и наряду с циклически работающими (бесцентровые, круглошлифовальные, работающие «врезанием», внутришлифовальные, токарные и др.) применяют станки (торцошлифовальные, бесцентровые, круглошлифовальные, работающие «напроход» и др.), имеющие значи тельно больший резерв производительности, чем работающие циклично.
В процессе наладки оборудования производительность некоторых встроенных агрегатов может быть установлена выше производительно сти лимитирующего участка (станка), расположенного в начале, конце или середине линии, что позволит сократить наложенные простои.
При определении максимальной производительности линии возмож ны следующие варианты соотношений потенциальной производительно сти участков (станков):
— все участки линии имеют равную потенциальную производи тельность и любой участок можно принять лимитирующим (рис.2.19,
линия 1): |
|
|
Qnlim “ Qnl |
Qn2 ” |
Qni-1 ” Qnij |
—лимитирующий участок расположен на входе (рис. 2.19, линия 2),
априрост потенциальной производительности последовательно располо женных участков постоянен
Qnlim < Qnl < Qn2 < < Qni-1 < Qni>
В этом случае потенциальную производительность i-ro участка (стан ка) определяют по формуле
Qni = Qnlim ■*" (i~ 1)AQn,
где AQ„ — изменение производитель ности последовательно расположен ных участков (станков); i — номер участка (станка);
— лимитирующий участок распо ложен на выходе (рис. 2.19, линия 3), а снижение потенциальной произво дительности последовательно распо ложенных станков постоянно, т.е.
Рис. 2.19. Варианты изменения производительности оборудования, встроенного в автоматическую ли нию
Q nl ^ Qn2 |
'> Qni-l ^ Qni = Qnlim- В |
этом случае потенциальную произво дительность i-ro участка (станка) оп ределяют по формуле
Q ni = Qnlim + 0 - i) A Q n,
гдеj — число участков (станков) в АЛ;
— лимитирующий участок расположен на входе (рис. 2.19, линия 4), изменение потенциальной производительности последовательно распо ложенных участков непостоянно, т.е. прирост производительности от дельных участков имеет «всплески», которые могут быть вызваны повы шенным выпуском продукции отдельными высокопроизводительными станками:
Qnlim = Qnl < Qn2>Qn3<Qn4>Qn5 < •••> -при Q„, < Qn3 < Q„j;
—лимитирующий участок расположен на выходе (рис. 2.19, линия 5)
иснижение потенциальной производительности последовательно распо ложенных участков непостоянно, т.е. имеются «всплески»:
Q nl ^ Qn2 ^ Qn3 ^ Qn4 ^ Qn5 “ Qnlim ПрИ Q ni > Q n3 > Qn5*
Перечисленные варианты расположения участков по производитель ности позволяют выбрать необходимый вариант АЛ. Если же лимити рующий участок находится в середине линии, то АЛ с гибкой связью ус ловно делят на две независимые линии: одну — до лимитирующего уча стка и вторую — после лимитирующего участка. Все дальнейшие расче ты сводят к перечисленным вариантам.
Влияние изменения номинальной и потенциальной производительно сти участков (станков) при расположении лимитирующего участка на входе линии определяют путем сравнения прироста производительности линии AQm при различных сочетаниях показателей надежности оборудо вания и емкостей межоперационных накопителей:
A Q IUJ — (Qrui / Qiui.6a3 “ ■1) 1 0 0 % ,
где*(3пл — производительность по рассматриваемому варианту, шт/мин; Qrui.6a3 — производительность линии по базовому варианту, шт/мин.
При расположении лимитирующего участка на выходе линии измене ние производительности определяют по формуле:
AQrui “ (Qnlim ~ Qnlimf&O)
где Qniim — потенциальная производительность лимитирующего участка, шт/мин; Qniim баз — производительность лимитирующего участка в базо вом варианте, шт/мин.
Такой подход можно считать практически возможным и достовер ным, так как при расположении лимитирующего участка на выходе его производительность всегда равна производительности линии. При (Qniim- Qniim.eaa) -> 0 можно оценить, насколько эффективен выбранный вариант снижения потенциальной производительности станков (участ ков), расположенных до лимитирующего участка.
Организационно-технологические особенности роторных линий
Автоматическая роторная линия (АРЛ) представляет со бой совокупность технологических и транспортных роторов, установлен ных на одной станине и объединенных системами привода и управления. Технологический и транспортный роторы образуют роторный модуль, который можно встраивать в линию или изымать из нее в зависимости от того, вводится в процесс новая операция или отменяется. Так как с увели чением производительности технологических роторов возрастает расход энергии, предпочтителен многодвигательный вариант, в соответствии с которым каждый ротор имеет свой электродвигатель. В этом случае вра щение соседних роторов синхронизируется с помощью планетарных ре дукторов.
Автоматическая роторно-конвейерная линия (АРКЛ) выполняет те Хее технологические функции, что и роторная, но имеет принципиаль ное конструктивное отличие: предметы обработки и инструменты отде лены от исполнительных органов технологических роторов и размещены на гибких транспортных конвейерах.
Промышленное применение линий на базе АРЛ и АРКЛ позволяет по сравнению с раздельным автоматическим оборудованием повышать про изводительность в 3—6 раз, снижать трудоемкость изготовления изделий в 2 —4 раза, сокращать занимаемые площади в 3 —10 раз и уменьшать производственный цикл изготовления продукции в 10—20 раз. В каждом технологическом роторе концентрируются 20—40 последовательно вступающих в работу инструментов. Внутри линии инструменты и обра
батываемые детали образуют непрерывно движущийся транспортно-тех нологический поток, в котором транспортные и технологические функ ции рабочих машин совмещены во времени. Режимы обработки и транс портирования на стадии проектирования выбираются в широком диапа зоне.
Роторный автомат — это рабочая машина, которая самостоятельно выполняет все рабочие и вспомогательные ходы, кроме операций налад ки и устранения отказов в работе. Конструктивным признаком автомата является наличие полного комплекта целевых механизмов, обеспечиваю щих выполнение рабочих и холостых ходов, необходимых для получения годных изделий.
Рабочий (технологический) ротор является основной структурной единицей АРЛ и АРКЛ.
Отличительная особенность АРЛ — совмещение транспортных и технологических функций; при этом регламентированный поток обраба тываемых деталей с постоянной скоростью проходит все технологиче ские операции (от заготовительных до сборочных и комплектующих).
Обычно АРЛ разделяют на участки
, |
по 3...10 технологических операций |
|
г |
(роторов), между которыми усганавли- |
|
вают бункеры межагрегатных (межуча |
||
|
стковых) запасов деталей. На каждом |
|
|
участке АРЛ существует жесткая меж |
|
|
агрегатная связь, при которой техноло |
|
4 |
гические роторы и агрегаты с помощью |
|
транспортных средств (переталкивате- |
||
s |
лей, перегружателей, транспортных ро |
|
в |
торов и цепей) блокируются воедино и |
|
работают в едином ритме. Повышения |
||
|
надежности и увеличения производи |
|
|
тельности АРЛ при неизменных техно |
|
|
логических процессах и конструкциях |
|
7 |
роторных автоматов достигают струк- |
|
в |
турным усложнением линий — делени |
|
|
ем их на участки (секции) с установкой |
|
|
межучастковых |
накопителей деталей. |
|
Структура АРЛ |
машиностроительной |
|
промышленности характеризуется тем, |
|
|
что число межучастковых накопителей |
|
Рис. 2.20. Типовая компоновка |
в 10 Р33 меньше суммарного числа тех- |
узлов и элементов технологиче- нологических и транспортных роторов
ского ротора ЛИНИИ.