Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА
Организация производства оказывает значительное влияние на производительность труда. Нередко даже небольшие улучшения в организации производства могут существенно повысить его эффективность, поэтому этому вопросу следует уделять большое внимание.
На организацию производства в первую очередь влияет количество изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени. Отсюда критерием выбора формы организации производственного процесса служит число изделий, подлежащих изготовлению, их номенклатура и трудоемкость.
В практике машиностроения существуют два вида производственных процессов: поточный и непоточный. Более эффективным является поточный вид вследствие высокой производительности труда, короткого цикла изготовления, упрощения планирования, учета и управления производством. В единичном, мелкосерийном и среднесерийном производствах, как правило, применяется непоточный вид производственного процесса и организационные формы в виде участка с групповой расстановкой оборудования, технологически замкнутого участка и предметно - замкнутого участка.
Организация производственных участков с групповым расположением оборудования эффективна для производства деталей широкой номенклатуры, изготовляемых единицами или в небольших количествах. Оборудование в этом случае делят на группы по признаку одинакового назначения; заготовки обрабатывают партиями.
Например, есть участок фрезерных станков и есть участок токарных станков и т. д.; этими участками руководит мастер. Такая расстановка позволяет более полно загрузить оборудование, а недостатком являются многочисленные перемещения изделия по цеху от участка к участку до полного изготовления. После обработки изделия хранятся около станков или на специально оборудованных площадках. Изделия небольших размеров после выполнения каждой операции поступают в центральный или на промежуточный склад для учета и хранения. Изделие, прошедшее последнюю операцию и контроль, поступает на склад готовых изделий. Такую форму организации характеризуют невысокие технико-экономические показатели, сложность планирования, значительные перемещения изделий.
В этих условиях возникает противоречие между стремлением более полно загрузить станки и порядком поступления готовых деталей во вре мени на сборку в соответствии с требованиями технологических процес сов сборки изделий и календарным планированием. Очень часто недозаі руженность станка объясняется не столько техническими трудностями его загрузки, сколько ограничениями, накладываемыми требованиями сборки. Если пренебречь этими требованиями и загружать станки полностью, то появится необходимость в увеличении складских помещений, где готовые детали будут пролеживать, ожидая вызова на сборку. При такой организации производства исключается возможность применения поточной формы.
С увеличением количества деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени, переходят к более совершенной организационной форме - технологически замкнутым участкам.
Организация технологически замкнутых участков предполагаеі группирование изделий по однородности служебного назначения, кона руктивных форм и размеров. Под каждую группу таких изделий организуется участок, содержащий все виды оборудования, необходимого для полного изготовления каждого изделия в данной группе. Примером такой формы организации могут служить участки по изготовлению шпинделем, крепежа, зубчатых колес и т. п.
Оборудование устанавливается по возможности в последовательно сти, соответствующей ходу технологических процессов большинства деталей группы; это обеспечивается тем обстоятельством, что для одно родных деталей можно использовать типовую технологию.
Таким образом, организационная форма замкнутых участков теоретически создает предпосылки для реализации поточных производствен ных процессов, что позволяет: улучшить организацию планирования и учета; детали проходят меньшую длину пути, сокращается время на перенастройку оборудования при переходе от обработки одной детали к другой, так как их технологические процессы близки; короче становится цикл изготовления; проще организовать контроль качества.
Технологическое оборудование на технологически замкнутых участках может связываться транспортными средствами, различного рода подъемно-транспортными устройствами. Все это в итоге дает возможность достигнуть более высоких технико-экономических показателей.
При дальнейшем увеличении выпуска изделий одной номенклатуры организуют предметно-замкнутые участки. На них полностью изготавливают сборочные единицы, например, двигатель, коробка скоростей, редуктор и т. п.
При дальнейшем увеличении количества выпускаемых деталей в единицу времени целесообразно организовывать производственный процесс по поточной форме в виде поточной линии.
Под поточным производственным процессом понимается непрерывность движения изготавливаемых изделий и равномерный их выпуск в единицу времени.
В таком идеальном представлении поточный производственный процесс можно встретить в отраслях с непрерывным циклом производства (например, при производстве нефтепродуктов в нефтепереработке, где производство является "бессерийным").
Поточный производственный процесс характеризуется:
1) прямоточностью, когда предмет труда движется поступательно от одной единице оборудования к другой без возвратного движения;
2) непрерывностью движения предмета труда в процессе его изготовления;
3) ритмичностью, когда изделие в конце производственного процесса сходит через одинаковые промежутки времени.
Наивысший уровень поточности производственного процесса будет при наличии всех трех перечисленных свойств.
В машиностроительном производстве, являющимся, как правило, дискретным, трудно найти такой процесс. Наиболее близко к идеальной поточной форме приближаются процессы, реализуемые с помощью роторных линий.
Разновидностями поточной организации производства являются переменно-поточная и непрерывно-поточная формы. Причем в последнее время начинает доминировать переменно-поточная форма, отличающаяся периодическим запуском на одном и том же оборудовании деталей нескольких наименований.
В поточных линиях оборудование расставляют по ходу технологических операций, что позволяет широко применять многостаночное обслуживание и наилучшим образом использовать производственную площадь. Все единицы оборудования связывают транспортными средствами для передачи заготовки; продолжительность каждой операции равна или кратна такту выпуска. При поточной организации производства нет необходимости в складах, за исключением небольших промежуточных заделов для компенсации изменений затрат времени на выполнение операций
Поскольку поточная форма организации производственного процесса наиболее эффективна, естественно стремление использовать поточный метод в единичном и мелкосерийном производствах, что послужило причиной появления групповой технологии.
С другой стороны, в массовом производстве тоже наметились серьезные изменения, породившие тенденцию выпуска в массовом произвол стве одного и того же изделия попеременно партиями разных его модификаций. Эти изменения обусловлены необходимостью удовлетворят!, быстро меняющиеся запросы потребителей. Однако при этом возникаеі противоречие между желанием, с одной стороны, максимально быстро удовлетворять потребности потребителя, выпуская разные изделия, а с другой, - избежать перерывов в производственном процессе, изготовляя изделия крупными партиями. Таким образом, и в массовом производстве возникает проблема применения поточного метода.
Действительно, наблюдаемая в машиностроении тенденция ускорения смены выпускаемой продукции изменяет содержание массового про изводства, расширяя номенклатуру изготавливаемых изделий и тем самым приближая его по номенклатуре к серийному производству, а по количеству деталей, выпускаемых в единицу времени, - к массовом} Эти противоречивые условия и вызывают трудности осуществления производства по поточной форме.
В связи с этим, необходимо изыскивать пути широкого применения поточной формы не только в массовом, но и в серийном и даже единич ном производствах.
Наблюдаемая в машиностроении тенденция ускорения смены вы пускаемых изделий привела к тому, что начинает доминировать много номенклатурное разносерийное производство.
Степень широты номенклатуры изделий и размера серий на разных предприятиях могут существенно различаться. Например, на предпри ятиях массового производства сохраняются большие объемы выпуска изделий нескольких наименований, но с большим числом модификаций; на других предприятиях резко возросла номенклатура изделий при небольших объемах выпуска. Таким образом, среди современных предприятий трудно найти предприятие с постоянным типом производства (единичным, серийным, массовым).
Чтобы в новых условиях предприятие было бы конкурентоспособным, его производство должно отличаться высокой производительностью, гибкостью, мобильностью, т. е. быть способным быстро и с минимальными издержками переходить на выпуск новых изделий. В то же время традиционные организационные формы производственного процесса ориентированы на соответствующие типы производства и потому уже не могут обеспечить высокую эффективность производства в новых условиях.
Действительно, если, к примеру, в первом квартале требуется изготовить широкую номенклатуру изделий малыми сериями, а во втором квартале - меньшую номенклатуру средними сериями, то организационная форма производственного процесса, эффективная в первом квартале, не будет эффективной во втором квартале.
Таким образом, требуется поиск новых организационных форм производственного процесса, а для этого необходимо понимать преимущества и недостатки традиционных организационных форм.
Традиционные организационные формы в единичном производстве обеспечивают высокую гибкость, но с низкой производительностью, а в массовом производстве - высокую производительность при отсутствии гибкости. Новая организационная форма должна одновременно обеспечивать и высокую производительность, и гибкость производственного процесса [2J.
Высокая производительность достигается посредством специализации производства, в основе которой лежит разделение труда и его рациональная организация, основанная на расчленении производственного процесса и специализации орудий труда.
Специализация бывает двух видов: предметная (Сп) и технологическая (Ст). Последняя предполагает изготовление разнородных деталей по однородной технологии. Оба вида специализации направлены на достижение однородности труда с целью повышения его повторяемости и тем самым - с целью повышения производительности процесса.
При специализации производства важно точно определить предмет производства на каждом уровне производства - на уровне подотрасли машиностроения, завода, цеха, рабочего места. Например, в авиастроении или станкостроении предметом производства являются любые самолеты или любые станки; на заводе фрезерных станков - только фрезерные станки; на уровне сборочного цеха - сборочные единицы, а на уровне механического цеха - детали; на уровне рабочего места (РМ) (например, по изготовлению деталей) - совокупность изготавливаемых поверхностей (СП). В частном случае это может быть одна поверхность или деталь, когда на одном РМ изготавливаются все поверхности детали, причем СП ограничена набором наименований поверхностей (НП), который, в свою очередь, ограничен для данного РМ возможностями технологического оборудования и оснастки.
Чтобы поднять уровень организации производства в современных условиях, необходим новый метод его организации, который разрешил бы противоречие между специализацией и гибкостью производства.
Рассмотрим этот вопрос на примере организации производства деталей. В основе этого метода [2] должно лежать закрепление за каждым рабочим местом ограниченного множества СП, близких по конструктивному оформлению. Тогда РМ будет специализировано по предметному признаку. В этом случае технологическое оборудование и оснастка должны подбираться не под методы обработки, а под технологию изготовления конкретных СП и позволит их специализировать в условиях даже единичного производства.
Чтобы так организовать производство, надо все возможное множество СП разбить на группы и под каждую группу организовать РМ, тогда получим состав РМ, с помощью которого можно изготовить любую деталь.
Проблема реализации такой организации производства заключается в случайном характере СП, так как СП формирует технолог при разработке технологических процессов. Это приводит к большому множеству СП, из которого многие СП никогда не будут реализованы на практике.
В результате это приведет к большому числу РМ с большими избыточными возможностями и в итоге производство станет неэффективным.
Проблема решается, если воспользоваться модульным представлением детали, когда она рассматривается как совокупность модулей поверхностей (МП). Тогда, в качестве СП, будет выступать один МП или фуппа, под которые уже известны технологии их изготовления и требуемое технологическое оборудование, и технолог, разрабатывающий технологический процесс, должен формировать СП только из этих МП.
При такой постановке вопроса вся технологическая подготовка РМ должна быть направлена на изготовление заранее известных и закрепленных за РМ модулей поверхностей (рис. 1.13.12, в).
РМ1 |
РМ2 |
РМЗ |
||||
Токарный станок |
Сверлильный станок |
Фрезерный станок |
||||
РМ4 |
РМ5 |
РМ6 |
||||
Револьверный станок |
Зубофрезерный станок |
Шлифовальный станок |
||||
В) |
РМ1 |
РМ2 |
РМЗ |
РМг |
|||
СП1 |
СП2 |
СПЗ |
СП г |
РМ1 |
РМ2 |
РМЗ |
||||
1ЕМП |
2ІМП |
ЗІМП |
||||
РМ4 |
РМ5 |
РМ6 |
||||
4ІМП |
5ІМП |
6ІМП |
||||
Рис. 1.13.12. Специализация и расстановка оборудования: А - в традиционном единичном производстве; б - в традиционном массовом производстве; в - в условиях модульной технологии |
Сущность нового метода организации производственного процесса заключается в следующем. Производственная программа выпуска деталей уточняется до уровня МП и представляется множеством МП, входящих в состав деталей, подлежащих выпуску. Изготовление детали осуществляется посредством модульного технологического процесса, который строится путем компоновки из модулей технологического процесса (МТИ) изготовления МП и состоит из операций, представляющих собой
один или сумму МТИ, изготовления одного или группы МП, входящих в состав СП. Это существенно снижает размер множества операций, их разнообразие и повышает их повторяемость. Таким образом, за каждым РМ закрепляется один или группа МП, а СП, изготавливаемое на операции. формируется только из этих МП.
Потребности в средствах технологического оснащения РМ (станках, инструментальных наладках, приспособлениях, контрольно-измеритель - ных устройств) определяются с высокой точностью, так как каждое из них состоит из соответствующих модулей: модуля станка (МО), модуля инструментальной наладки (МИ), модуля приспособления (МПр), модуля контрольно-измерительного устройства (МКИ), подчиненных изготовлению МП по заранее известным МТИ.
Состав МП, закрепляемых за РМ, зависит, в первую очередь, от серийности производства. Например, в единичном и мелкосерийном производстве, где изготавливается широкая номенклатура деталей, целесообразно за РМ закреплять группу МП, близких по конструкции и техническим требованиям. В этом случае участок (цех) будет представлять собой группу РМ, охватывающих все МП, составляющие изготавливаемые детали. Тогда, чтобы изготовить ту или иную деталь, ее заготовка буде г обрабатываться только на тех РМ, где изготавливаются МП, составляющие эту деталь.
В массовом и крупносерийном производствах за РМ закрепляется СП. состоящая из одного или нескольких МП в зависимости от разработанного модульного технологического процесса детали.
При закреплении за РМ определенных СП изменится характер специализации.
В единичном производстве специализация на уровне участка будет технологической так же, как и при традиционной организации производственного процесса, поскольку изготавливается широкая номенклатура деталей, но на уровне РМ специализация становится предметной, так как у заготовок разных деталей изготавливаются только те МП, которые за креплены за рабочим местом.
В серийном и массовом производствах специализация на обоих уровнях будет предметной, но в массовом производстве уровень специализации выше.
Организуя таким образом работу РМ, можно в одном производстве обеспечить одновременно и высокую производительность, и гибкость.
В условиях многономенклатурного разносерийного производства специализация РМ под изготовление МП придает производственному процессу высокую гибкость, за счет обеспечения возможности заготовкам разных деталей проходить РМ разными маршрутами по РМ в соответствии с их модульным технологическим процессам без существенной переналадки технологических систем, поскольку на каждом РМ изготавливаются одни и те же МП независимо от изготавливаемой детали.
Каждое РМ должно быть специализировано таким образом, чтобы оно частично дублировало одно-два РМ по номенклатуре изготавливаемых МП. Это увеличит гибкость производства, так как позволит изменять маршрут движения заготовки в случае загруженности на данный момент следующего по маршруту обработки РМ, а в случае отказа технологического оборудования на каком-либо РМ позволит обойти его через другое РМ, не прерывая производственный процесс и сводя к минимуму заделы.
Высокая производительность достигается за счет специализации РМ, что позволяет применять прогрессивные методы обработки, характерные для крупносерийного и даже массового производств, совмещать переходы; при этом создаются предпосылки для применения поточного вида производственного процесса даже в условиях единичного производства.
Если в традиционном массовом производстве поточность предполагает сквозное прохождение заготовки по всему маршруту, то в единичном и мелкосерийном производствах сделать это не удается вследствие следующих причин: 1) разные детали имеют разные маршруты изготовления, различными получаются и затраты подготовительно-заключительного и штучного времени: 2) через одни РМ проходит большее количество заготовок, а через другие - меньшее; 3) заготовки разных деталей движутся по разным маршрутам.
Применение модульных технологических процессов, закрепление МП за РМ, формирование СП из заранее известных МП создают предпосылки для внедрения поточного вида производственного процесса в многономенклатурном разносерийном производстве. Организация поточного производственного процесса в этом случае должна начинаться с установления обобщенных маршрутов движения заготовок.
Под обобщенным маршрутом движения заготовок будем понимать такую последовательность движения заготовок, при которой прохождение заготовок разных деталей через группу РМ осуществляется без возврата, т. е. обеспечивается прямоточность движения заготовок разных деталей.
Определяются обобщенные маршруты движения следующим образом. Множество деталей, подлежащих изготовлению, делится на группы деталей по общности конструктивных форм, так как это в определенной степени предопределяет схожесть состава содержащихся в них МП.
Затем в каждой группе деталей выделяются типовые представители и под их изготовление разрабатываются модульные технологические процессы, после чего технологические процессы с одинаковыми или близкими маршрутами движения заготовок объединяются в группы, для которых устанавливается один обобщенный маршрут движения заготовок. При этом допускается в маршрутах пропуск одного или нескольких РМ при условии сохранения прямоточности движения заготовок.
На основе полученной группы обобщенных маршрутов движения заготовок" определяется наиболее эффективная расстановка станков.
Для осуществления такой организации производственного процесса необходимо на разработку модульных технологических процессов накладывать ряд ограничений. Технолог при разработке технологических процессов обязан придерживаться таких маршрутных технологических процессов, которые обеспечивали бы перемещения заготовки по одному из обобщенных маршрутов движения, а технологические операции должны проектироваться таким образом, чтобы изготавливаемые на них СП состояли из одного или нескольких МП из числа закрепленных за РМ.
Наиболее сложно в условиях широкой номенклатуры изготавливаемых деталей и разной серийности их выпуска обеспечить непрерывность и ритмичность движения заготовок.
Ритмичность движения заготовок по РМ достигается через синхронизацию операций. Под синхронизацией в многономенклатурном разносерийном производстве в отличие от массового производства будем понимать одинаковую длительность операций технологических процессов разных деталей. Иными словами, синхронизация сводится к тому, чтобы на всех РМ операции осуществлялись одновременно и были одинаковыми или кратными по длительности независимо от того, какие детали изготавливаются.
Для обеспечения синхронизации и ритмичности движения заготовок надо управлять как разработкой модульных технологических процессов, так и самим производственным процессом в целом. К наиболее существенным факторам, выступающим в роли управляющих воздействий для достижения одинаковой длительности операций разных деталей, относятся состав МП, изготавливаемых на операциях, и их МТИ.
Итак, производственный участок (цех) рассматривается как технологическое поле, представляющее собой совокупность специализированных РМ. В этом поле от одного РМ к другому перемещаются предметы
труда в соответствии со своими маршрутными технологическими процессами.
В качестве примера на рис. 1.13.13 приведена схема организации производства деталей на принципах модульной технологии. Согласно этой схеме чертеж изготавливаемой детали представляется в модульном исполнении, модульный технологический процесс строится методом компоновки из МТИ, а обрабатывающая технологическая система компонуется из модулей станка, инструментальной наладки, приспособления и контрольно-измерительного устройства.
Заготовки, поступающие на обработку, движутся от одного РМ к другому РМ без возврата в соответствии с изготавливаемыми МП и маршрутным технологическим процессом.
Организация производства таким образом позволит:
1) в несколько раз сократить трудоемкость технологической подготовки производства;
Элементная база |
||
МП |
МТИ, МТБ |
МО, МИ, МПр, МКИ |
Чертеж детали |
Сокращение трудоемкости и сроков ТПП |
Ш |
0 -г В а) ІБ 0) о 1 2 Я о m 2 Э о Q. ф S Т Fc 5 ® о Я с Ф |
Модульный технологичексий процесс
Обрабатывающая технологическая система
Снижение расходов на технологические средства
Сокращение сроков перехода на новое изделие
Повышение технологической производительности
Повышении качества изготавливаемых деталей |
РМ, РМ2 РМ3 РМ4 ... РМ„
Технологическое поле
Рис. 1.13.13. Схема организации производства деталей на принципах модульной технологии
2) снизить расходы на технологическую оснастку за счет сокращения ее разнообразия и возможности перекомпоновки при переходе на изготовление других деталей;
3) снизить число наладок, настроек и их трудоемкость при переходе на изготовление новых деталей;
4) повысить производительность обработки при изготовлении деталей в условиях многономенклатурного разносерийного производства за счет совмещения переходов, применения прогрессивных многоинстру - ментных методов обработки, характерных для крупносерийного производства, сокращения затрат подготовительно- заключительного времени;
5) в условиях производства деталей крупными сериями быстро переходить на выпуск новых деталей за счет создания новых технологических средств методом компоновки из имеющихся модулей;
6) повысить качество изготовления деталей за счет построения их технологических процессов из апробированных модулей технологического процесса.
Изложенный метод организации производства может быть применен и в сборочном производстве машиностроительных изделий.