ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ

Основными расчетными параметрами поточной линии, определяющими меру ритмичности и непрерывности ее работы, служат ритм потока и такт выпуска. Различие между тактом вы­пуска t и ритмом потока г заключается в следующем.

Такт выпуска представляет собой расчетную величину про­межутка времени между выпуском одного и выпуском изготов­ляемого непосредственного вслед за ним другого такого же изделия:

t = Ф/П, (15)

где Ф — действительный годовой фонд времени оборудования или рабочих мест Фм (см. табл. 5); П — число изделий, обрабатывае­мых или собираемых и свариваемых в течение года на поточной линии.

Ритм потока представляет собой расчетный промежуток вре­мени между пульсирующими последовательными передачами с од­ного рабочего места на другое равных количеств пт одинаковой продукции:

r — tnT. (16)

Каждое такое число пт (шт.) изделий в процессе их производства передается одновременно с одного рабочего места поточной ли­нии на следующее другое и поэтому называется транспортной

партией.

В общем случае величина ритма потока может быть различной в разных местах одного и того же производственного потока:

на поточной линии изготовления (сборки и сварки) одинаковых сборочных единиц, входящих в состав изделия в количестве пе •> 1 и передаваемых с одного рабочего места на следующее равными транспортными партиями,

г - tnT/ne,

на такой же поточной линии, но при поштучной передаче сбо­рочных единиц с одного рабочего места на другое, т. е. при пт = 1,

г = t/nc,

на поточной линии общей сборки и сварки изделия между t и г либо сохраняется соотношение (16), либо (при поштучной передаче)

г = t.

При этом очевидно, что во всех случаях пт ^ 1 и не ^ 1 представ­ляют собой целые числа. Кроме того, для обеспечения ритмичной работы внутрицеховых транспортных средств практически при­нимают такое значение пт, чтобы между пт и пе по формуле (17) было краткое соотношение.

Следовательно, во всех случаях ритм потока либо равен такту выпуска, либо в целое число раз больше или меньше его, т. е. числовые значения г и t должны находиться в кратных соотноше­ниях между собой.

В целях обеспечения календарных сроков изготовления про­дукции, удобных для организации учета и планирования производ­ства, дополнительным необходимым условием является соблюде­ние кратных соотношений между числовыми значениями rat, с одной стороны, и tCM — с другой. Указанную взаимосвязь между t, r и tCM необходимо иметь в виду при расчетах сборочно-сварочных поточных линий.

Строгая ритмичность и непрерывность работы каждой поточ­ной линии достигается лишь при равной или кратной такту вы­пуска продолжительности операций на всех ее рабочих местах. Это требование удовлетворяется путем синхронизации рабочих операций (см. п. 21).

Другим практически важным расчетным параметром поточной линии, определяющим ее пропускную способность или произво­дительность в единицу времени, является величина nt, обратная такту выпуска [см. формулу (15) ] и называемая ритмом выпуска продукции:

nt — l/t = ГИФ, шт. в единицу времени. (18)

В этой формуле величину Ф действительного годового фонда вре­мени оборудования или рабочих мест выражают в часах, сменах, месяцах, годах и т. п., в соответствии с выбранной единицей вре­мени для измерения производительности (пропускной способности) поточной линии. При этом во всех случаях nt должно быть це­лым числом.

Весьма существенное влияние на пропускную способность по­точной линии оказывает длительность производственного цикла изготовления изделия: чем меньше /ц, тем больше производи­тельность труда. Поэтому при разработке производственного процесса необходимо стремиться к достижению наименьшей дли­тельности производственного цикла. Зависимость этого расчет­ного параметра от различных производственных факторов заклю­чается в следующем.

Производственный процесс сборки и сварки какого-либо из­делия, выполняемый обычно со значительными затратами ручного труда, характеризуется следующей зависимостью между общей продолжительностью (производственным циклом) сборочно-сва­рочных работ /ц, их трудоемкостью т и числом рабочих пр, при­нимающих одновременное участие в этой работе:

#ц = т /пр. (19)

Очевидно, что наименьшее значение может быть достигнуто увеличением значения пр и уменьшением т:

ц) min T„,ir /(/ij) (19a)

Значение tip не может быть увеличено произвольно и беспре­дельно. Ограничивает увеличение значения пр, прежде всего, пространственная протяженность изготовляемого изделия, обус­ловливающая практическую возможность такого рационального размещения рабочих, при котором продуктивная работа не будет затрудняться чрезмерной плотностью их расположения. Возмож­ность подступа к изготовляемому изделию наибольшего числа ра­бочих с целью одновременного выполнения ими работ принято называть общим фронтом работ. Таким образом, величину общего фронта работ изделия L„ с некоторым условным приближением можно уподобить периметру того сборочно-сварочного стеллажа или стенда, на котором производится изготовление этого изделия. Поэтому фронт работ условно выражают в линейных единицах (метрах). Фронт работ, приходящийся на одного рабочего, прини­мающего участие в изготовлении изделия, или удельный фронт работ,

/„ = LJtip, (20)

откуда

(^р) шах = (Ти)шах/(^и) min' (20а)

Таким образом, в каждом отдельном случае значение (/ц)т1п в формуле (19а) ограничивается практически допускаемым зна­чением (/и)тіп и возможной наибольшей величиной (Ти)тах. На значение /ц оказывают большое влияние также квалификация рабочих, выполняющих производственный процесс, и характер последнего, который в некоторых случаях допускает только оп­ределенное число работников в бригаде (например, клепальные работы).

Переходя от общего числа рабочих пр к числу их, находяще­муся одновременно на одном рабочем месте (стенде), или к плот­ности работы, получим другие выражения, характеризующие зависимость между /ц и факторами, влияющими на его величину.

Среднее значение плотности работы для проектируемой поточ­ной линии (отделения, цеха)

= ^р/^м> (21)

при пм = 1 согласно уравнению (20)

Opi = Ьи1//и1 = пр1. (21 а)

Отсюда сущность понятия о плотности работы может быть выра­жена следующим образом: плотность работы представляет собой отношение полного фронта работы к удельному фронту и численно равна числу рабочих, занятых на одном рабочем месте (стенде) одновременно.

Путем подстановки в уравнение (19) значений из формул (20) или (21) получим

j __ т/и т

~ L„ “ арЯм ’

откуда

/J. ___ Ттщ (/и) mln __________________ Тщіп__________

ц mln (/.и) max (°р) max (пк) max

Следовательно, для осуществления наименьшей продолжитель­ности сборочно-сварочных работ по изготовлению изделия необхо­димо стремиться к минимальному значению удельного фронта ра­бот /„, обусловливающему максимальную допускаемую плотность работы Ор, и к наибольшему значению общего фронта работ L„. Последнее достигается в серийном и в массовом сборочно-свароч­ном производстве путем расчленения изделия на возможно большее число отдельных технологических сборочных единиц, изготовляе­мых одновременно на отдельных пы рабочих местах (стендах). В этом случае общий фронт работ может быть уподоблен сумме периметров всех сборочно-сварочных стендов, одновременно занятых изготовлением сборочных единиц и комплектов заданного изделия, и стенда его общей сборки и сварки.

Продолжительность производственного цикла /ц находится в прямой зависимости от трудоемкости работ т, значение которой при проектировании технологического процесса определяют пу­тем нормирования рабочих операций.

Следовательно, продолжительность работ /ц будет наимень­шей в случае применения технических норм, предусматривающих наибольшую рационализацию проектируемого производственного процесса, приближение его к поточным методам работы и выте­кающую отсюда высокую производительность труда. Наибольшее сокращение трудоемкости работ достигается при комплексной их механизации и автоматизации, что приводит к существенному уменьшению требуемого числа рабочих для изготовления задан­ных изделий и значительному снижению продолжительности производственного цикла.

Входящие в формулы (20) и (21) расчетные значения /н в от­дельных случаях могут быть увеличены путем организации много­станочного обслуживания и совмещения профессий. Однако рас­ширение удельного фронта работ, приводящее к сокращению по­требного числа рабочих за счет уплотнения их рабочего дня, не должно увеличивать продолжительность производственного цикла изготовления изделий.

При разработке проектов производственных процессов сбо­рочно-сварочных работ для выполнения их на комплексно-механи­зированных и автоматизированных поточных линиях необходимо учитывать изложенные ниже особенности и условия эксплуатации последних.

Теоретические исследования и опыт работы автоматических линий в машиностроении показали, что действительный годовой фонд времени Фс каждой такой линии при нормальной ее эксплуа­тации затрачивается не только на производство заданной продук­ции но и на настройки линии £tH:

Фс — £ tn - ь £ ta-

Настройки линии выполняют всякий раз после возможных случайных отказов в работе отдельных агрегатов — звеньев авто­матической линии. При этом серии последовательных циклов безотказной и бесперебойной работы автоматической линии чере­дуются с интервалами времени простоя ее в настройке. Длитель­ность каждого такого простоя зависит от причин утраты линией работоспособности, вида и расположения отказавшего элемента, жесткости требований к точности настройки линии и т. п. Про­должительность же периодов безотказной работы автоматической линии между двумя последовательными ее настройками, вызван­ными случайными отказами в работе отдельных агрегатов, также непостоянна.

Таким образом, для выполнения заданного годового выпуска продукции практически может быть использована только неко­торая часть действительного годового фонда времени работы автоматической линии, определяемая средним расчетным значе­нием коэффициента его использования

П* = ^- = фс = = 1 - А» (22>

где рп — потери рабочего времени на простои автоматической линии в настройках, отнесенные к действительному годовому фонду времени ее оборудования (рп < 1).

Нетрудно видеть, что величина т]л одновременно служит ра­счетным коэффициентом использования автоматической линии во времени.

Ь вопросах применения теории абтоматических линий к про­ектированию последних наиболее важной задачей становится установление по возможности точного значения расчетной вели­чины коэффициента использования т]л действительного годового фонда времени. Решение этой задачи позволит для каждой кон­кретной проектируемой автоматической линии достаточно точно оценить действительную ее пропускную способность и годовую производительность, а также определить для нее практически приемлемые значения такта выпуска /а и ритма потока га.

В сравнении с расчетным значением такта выпуска t для обычной поточной линии [см. формулу (15) J в случае автомати­ческой линии величина ta составит

4 = (23)

где т)л < 1 и, следовательно, ta < t.

В таком же соотношении [см. формулу (17)1 окажутся и зна­чения ритма потока автоматической линии га и обычной поточной линии г:

Г в = (24)

Следовательно, при одинаковом заданном годовом выпуске продукции 11 расчетная пропускная способность автоматической линии, называемая ритмом ее выпуска,

«а = 1/4 = П/ФеГ]а,

должна быть больше, чем определяемая по формуле (18) для обыч­ной поточной линии.

Приведенное выше выражение (22) коэффициента г)л использо­вания действительного годового фонда времени автоматической линии показывает, что величина этого коэффициента определяется суммарной за год продолжительностью простоев линии в на­стройке 2 Общая длительность этих простоев зависит от боль­шого числа случайных факторов, действующих в разнообразных комбинациях. Для автоматических линий по производству свар­ной продукции такими факторами могут быть различные отступ­ления от технических условий в размерах, форме и свойствах основных и присадочных материалов изготовляемой продукции, наблюдаемые в процессе эксплуатации автоматических линий из­менения состояния инструментов, приспособлений, производствен­ного оборудования и прочей оснастки, а также транспортных межоперационных устройств, контрольно-регулирующей аппара­туры и ее наладки, недостаточная квалификация и неблагоприят­ные условия работы обслуживающего персонала и т. п.

Установить прямую связь в виде пригодной для практического проявления воздействия общей совокупности перечисленных факторов и длительностью простоев автоматической линии в на­стройке, по данным исследований А. П. Владзиевского, оказа­лось невозможным. Однако получить приближенные решения

подобных задач наиболее полно и объективно можно путем при­менения вероятностно-статисти­ческих методов. При этом ис­пользуют теоретико-вероятно­стные методы и методы мате­матической статистики.

Для решения указанной за­

дачи необходимо, прежде всего, Рис. 14. Кривая нормального распре - установить характер распреде-

деления плотности вероятностей р0 (#н) ления вероятностей настроек

длительности t„ настроек элемента различной длительности, т. е.

зависимость плотности вероят­ности ри(1„) от длительности ta настройки линии. Первопричин,

вызывающих отказ в работе отдельных одинаковых элементов автоматической линии, много. Они действуют в случайном по­рядке и в различных комбинациях. Причем изменение, вызван­ное каждой из них в отдельности, весьма незначительное. След­ствие таких первопричин — простои линии в настройке различ­ной длительности.

Каждый из многочисленных элементов автоматических линий имеет свой условно определенный запас работоспособности. Од­нако моменты времени исчерпания запасов работоспособности одинаковых элементов линий не совпадают. Каждый из таких запасов обусловлен множеством слабо действующих и мало свя­занных первопричин. Любого изменения сочетания этих перво­причин достаточно для небольшого изменения запаса работоспособ­ности рассматриваемого элемента линии. Поэтому запасы работо­способности одинаковых элементов автоматических линий будут рассеяны в некоторой полосе значений.

Таким образом, длительности отдельных настроек ta при экс­плуатации проектируемой автоматической линии всегда будут зависеть от большого числа однородных по своему влиянию, мало связанных между собой, случайных и действующих в различных сочетаниях причин, влияние каждой из которых по сравнению с совокупностью всех остальных незначительно. Согласно теории вероятностей в подобных условиях для каждого отдельного эле­мента (звена, агрегата, прибора) автоматической линии плотность вероятностей р0 (tH) длительности его настроек tH подчиняется нормальному распределению по дифференциальному закону Гаусса (рис. 14 и табл. 12):

где tK — средняя, tH mln — минимальная, tHtnax — максимальная длительности настройки данного элемента линии; о — среднее квадратичное отклонение; о2 — дисперсия; закон распределения симметричный.

Максимальной ординате нормальной кривой распределения вероятностей присвоено название «мода», а абсциссе этой орди­наты — наименование «медиана» кривой распределения.

Колоколообразная кривая на рис. 14 отличается следующими свойствами. Она симметрична относительно ординаты в точке /„ на оси абсцисс и асимптотически приближается к последней при /н = ±°°' Однако уже при tR^tn± За величина р0 (t„) < < 0,003, т. е. практически при этих значениях tK плотность ве­роятности р0 (/„) ^ 0.

При tH = tH кривая имеет максимум, равный

Ро (Umax = —= 0,3989

При значениях ta — tH± а кривая имеет перегиб. Изменение параметра t„ приводит к смещению по оси абсцисс всей кривой распределения. Изменение параметра а приводит (рис. 15) к из­менению формы рассматриваемой кривой

j -*!/2 а2

У~ аК2яе

С уменьшением о увеличивается максимальная ордината оу кривой и на оси ох сужается широта распределения +3ст, за пределами которой обе ветви распределения практически пол­ностью сближаются с осью абсцисс.

Вся площадь, ограниченная кривой нормального распределе­ния р0 (U = / (U и осью абсцисс, равна единице (или 100%). Определение значений ординат кривой распределения р0 (/„)

Рис. 15. Характер изменения формы кривой нормально­го распределения в зависимости от величины среднего квадратичного от­клонения а

Э х

в общем случае достигается нормированием. Для нормирования кривой распределения достаточно выполнить следующие подсчеты.

По оси абсцисс графика нормального распределения (рис. 16) отложена длительность настроек в единицах времени (например, в минутах). Ординаты кривой распределения выражают соответ­ствующие каждому частному значению длительности настроек частоту или вероятность наблюдения этой длительности. Практи­ческий интерес представляет определение искомой вероятности в процентах от общей совокупности всех возможных значений дли­тельности настроек, выражаемой площадью, ограниченной кривой распределения и осью абсцисс. Для этого на общую площадь гра­фика, ограниченную кривой распределения и осью абсцисс (рис. 16), нанесем эскиз прямоугольника с основанием на оси абс­цисс, равным единице (например, 1 мин), и высотой, равной мак­симальной ординате кривой распределения. Очевидно, что выра­женное в процентах отношение площади этого прямоуголь­ника Д к общей площади F6, ограниченной кривой распределения и осью абсцисс, представляет искомое значение максимальной ординаты данной кривой

Ростах =-Г Ю0%, (25)

го

соответствующее средней длительности настроек tH и выражен­ное в процентах от общей совокупности всех возможных значений длительности настроек.

Таким образом, в практических случаях, когда кривая нормаль­ного распределения построена по точкам, характеризующим опи­санные выше ее свойства, остается определить величины площа­дей Д и F0, входящие в формулу (25) для определения масштаба ординат этой кривой. Согласно изложенному выше определение площади Д не представляет затруднений, поскольку для этого достаточно измерить на графике максимальную ординату кривой распределения (например, в миллиметрах). Определение же при­ближенного значения величины площади F0 может быть выполнено путем следующих расчетов.

Подсчитаем соотношение между площадью F0 и площадью /Д прямоугольника ABCD с основанием на оси абсцисс, равным

^нтах mln* ^ ВЫСОТОЙ,

раВНОЙ po (/H)max - Принимаем

во внимание, что согласно формуле (24) высота этого прямоугольника равна при­близительно 0,4/а. Из при­веденного выше описания свойств кривой нормального распределения следует, что для практических расчетов основание /„ max — щщ ПрЯ - моугольника можно при­нять равным 6а. Кроме того, так как площадь F0 всегда приравнивают единице, отношение площади Ft к площади F0 может быть выражено следующим коэффициентом:

Ft _ 6а0,4/а _ 0 л F0 ~ 1

откуда искомая площадь, ограниченная кривой распределения и осью абсцисс,

К0 = /У2,4.

Это значение F0 следует подставить в формулу (25) для оп­ределения искомого значения р0 (/„) в процентах. Определе­ние же площади Fl не представляет затруднений. При этом для упрощения расчетов в нормировании кривой распределения сле­дует измеряемую по графику высоту площадей f1 и F1 выражать в единицах длины (например, миллиметрах).

Переходя от вероятности распределения длительностей на­строек отдельного элемента к вероятностям распределения дли­тельностей настроек всех элементов автоматической линии, сле­дует учитывать, что плотность вероятностей длительности на­строек каждого из них будет описываться своим законом нормаль­ного распределения. Другими словами, для каждого отдельного элемента автоматической линии закон нормального распределения плотности вероятностей длительности настроек в общем случае будет иметь свои, отличные от других значения параметров: средней длительности настроек tH и среднего квадратичного от­клонения а.

При выявлении общего характера вероятностного закона рас­пределения длительностей настроек проектируемой автоматиче­ской линии необходимо исходить из следующих положений, подтвержденных опытом эксплуатации современного оборудова­ния автоматических линий.

1. Случаи потери работоспособности автоматической линии вызываются многочисленными и разнообразными причинами.

Рис. 17. Распределение вероятностей длительности генеральной совокупности группы единичных настроек

2. Число причин, обусловливающих вероятные случаи кратко­временной утраты работоспособности линии, всегда значительно больше числа причин, вызывающих необходимость длительных ее настроек.

3. Длительность единичных настроек линии, вызываемых каждой возможной причиной, распределяется по обе стороны сред­ней величины по нормальному закону.

4. Широта распределения вероятных значений длительности каждой отдельной настройки прямо пропорциональна среднему значению последней ta (она практически равна 6а, т. е. ±3а от значения tH).

Таким образом, взаимное расположение частных кривых нор­мального распределения, обусловленных различными причинами вероятностей настроек разных элементов автоматической линии, в общем случае будет иметь вид, показанный тонкими кривыми на рис. 17. При этом кривые, отображающие нормальные распре­деления настроек отдельных элементов автоматической линии, пересекаются и перекрывают одна другую.

Генеральное распределение плотности вероятностей длитель­ности настроек проектируемой автоматической линии будет выра­жаться совокупностью распределений длительностей настроек всех элементов этой линии. Оно может быть получено, если каж­дую отдельную кривую распределения пронормировать как долю всей генеральной совокупности настроек. При этом определяют отношение площади, расположенной под каждой частной кривой, к сумме площадей, расположенных под всеми частными кривыми нормальных распределений настроек элементов автоматической линии. Тогда кривая генерального распределения всех настроек может быть построена путем суммирования ординат всех пересе­
кающихся между собой частных кривых распределения настроек отдельных элементов проекти­руемой автоматической линии (см. жирный пунктир на рис. 17). Эта итоговая кривая представляет собой генераль­ное распределение р (/н)г ве­роятностей настроек по их дли­тельностям для всей совокуп­ности элементов (линии. Как правило, она весьма асиммет­рична. В зависимости от нерав­номерности расположения ме­диан и относительных значений максимальной плотности рас­пределения отдельных суммируемых кривых, кривая генераль­ного распределения всех настроек линии может быть многомо­дальной, т. е. иметь несколько пиков и плавных спадов.

Результаты проектирования, а также многочисленных и дли­тельных исследований действующих в машиностроительной про­мышленности различных типов автоматических линий показали, что проектируемые по описанной выше методике кривые распре­деления вероятностей длительностей их настроек достаточно точно соответствуют гистограммам (рис. 18), построенным по фактиче­ским данным эксплуатации тех же автоматических линий. В слу­чае получения одномодальной кривой генерального распределе­ния плотности вероятностей настроек всей совокупности элементов линии эта кривая (рис. 18) имеет экспоненциальной вид. Действи­тельно, проведенные А. П. Владзиевским фундаментальные ис­следования и теоретический анализ работы автоматических линий с привлечением некоторых эмпирических зависимостей, подтвер­дили справедливость описания генерального распределения дли­тельностей всех настроек автоматической линии уравнением экс­поненциальной кривой

Ро(*н) = *е-*Ч (26)

где параметр k вероятностного закона распределения длительно­стей настроек — величина, обратная средней длительности г всех настроек линии;

k = 1/<„. г - (27)

Средняя длительность всех настроек линии определяется из отношения общей длительности всех настроек линии к их общему числу за время Фс — бесперебойной ее работы в течение года

- (фс — XI tn) Во ^

Гн'г (Фс-5>„)Ио «о’

ґде В0 — удельная на единицу времени длительность всех На­строек линии, а «с — удельная на единицу времени частота отка­зов в работе автоматической линии, обусловленная всей совокуп­ностью элементов линии, нуждающихся в настройках.

В соответствии с формулой (22) величину В0 можно выразить следующим образом:

В0 =----------------------------------------------------------------------- (28)

Фс ЧлФо Чл

откуда путем соответствующих подстановок [в дополнение к фор­муле (22)] получаем другое выражение коэффициента использо­вания автоматической линии

У! <н Рн і

Оба основных показателя В0 и и0, связывающие среднюю длительность всех настроек автоматической линии FH. г с опреде­ляемым при проектировании значением коэффициента ее исполь­зования т]л, могут быть вычислены по данным о составе и характере оборудования и оснастки той же линии. Для этого пользуются разработанной в ЭНИМСе методикой, предназначенной для при­менения в проектах автоматических линий машиностроительных заводов на стадиях «технический проект» и «рабочие чертежи». В ее основу положены результаты обработки обширного статисти­ческого материала, а также специальных исследований эксплуа­тируемых в промышленности различных типов автоматических линий.

Точность получаемых по этой методике расчетных данных со­ставляет 5—10% (—5% по частоте отказов и ~10% по длитель­ности настроек). При этом коэффициент использования линии оп­ределяется с точностью ~1%, что вполне достаточно для разра­ботки проектов автоматических линий.

Сущность методики расчета основных показателей автомати­ческой линии по частоте отказов и удельной длительности на­строек вкратце заключается в следующем.

Согласно этой методике все элементы и устройства автомати­ческих линий подразделены на функциональные группы (табл. 13). В пределах каждой группы эти элементы обозначают порядковыми номерами. Каждой функциональной группе присваивают общие баллы подверженности отказам R и удельной длительности на­стройки Н. Их определяют путем суммирования произведений част­ных баллов г и h тех же характеристик каждого элемента данной функциональной группы на коэффициенты пропорциональности а. Последние отражают влияние различных факторов (точности на­стройки, частоты использования и т. д.) на величину каждого из указанных частных баллов г и Л, принимаемую предварительно по опытным данным. Таким образом, для каждой функциональной группы расчетные величины указанных баллов подсчитывают по формулам

1—П

R = Ц гга1а2а3сб4;

i=i

i=n

Я = £I hf/LjCL^ а3а4, i=i

іде п — совокупность всех элементов и устройств данной группы, требующих настройки.

Кроме того, для каждой функциональной группы в расчеты вводят общие коэффициенты: а — характеризующий качество из­готовления линии (для показателя и) и k — характеризующий про­изводительность выполнения наладчиками и ремонтниками работ по восстановлению работоспособности отказавших элементов и устройств линии (для показателя В). Величины коэффициента а и k принимают по опытным данным.

В соответствии с изложенным основные показатели для каждой функциональной группы подсчитывают по формулам:

частота отказов

и ='aR;

удельная длительность настроек

В = kH.

Общие для всей проектируемой автоматической линии основ­ные показатели и0 и В0 определяют путем суммирования показа­телей всех функциональных групп

і=п і=п

«О = 5j Щ, Во = Ц Bh

i=l 1=1

где п — число функциональных групп всех элементов и устройств проектируемой автоматической линии.

В табл. 13 приведены общий перечень функциональных групп и^римерные значения расчетных коэффициентов и показателей, применеямых согласно описанной выше методике по каждой функ­циональной группе. В приложении 1 помещены более подробные данные о расчетных коэффициентах и характеристиках элементов и устройств каждой группы. В итоге определяют искомое значе­ние коэффициента использования проектируемой автоматической линии [см. формулы (22) и (29) 1, обусловливающего возможную действительную ее пропускную способность.

Опыт эксплуатации сборочно-сварочных автоматических ли­ний в различных отраслях машиностроения показал, что в период освоения линии коэффициент ее использования составляет 0,5—0,6. Вполне освоенные и отлаженные автоматические линии обычно работают при коэффициенте использования 0,7—0,75. Более вы-

Таблица ІЗ

матических линий для определения их характеристики по частоте отказов

(окйе значения коэффициента использования проектируемой авто­матической линии могут быть достигнуты только путем применения следующих особых организационных мероприятий: покомплект - ного ремонта элементов и устройств автоматической линии; уста­новки параллельных резервных агрегатов (рабочих мест), наиболее подверженных выходу из строя в процессе их эксплуатации; ор­ганизации промежуточных пульсирующих заделов полуфабрикатов изготовляемой продукции в местах расчленения автоматической линии на отдельные участки или агрегаты.

Перечисленные мероприятия могут быть примененьГна отдель­ных участках проектируемой автоматической линии как раздельно, так и совместно, в зависимости от^конкретных условий и технико­экономической целесообразности. Сущность каждого из них за­ключается в следующем.

Покомплектный ремонт требует обеспечения проектируемой автоматической линии запасным комплектом элементов и устройств, подверженных сравнительно частым отказам или нуждающихся в длительных настройках после отказа. При наличии такого ре­зерва отказавший в работе элемент или устройство быстро заме­няют запасным. Простой линии при этом ограничивается только необходимым временем на смену отказавшего элемента. Его исправ­ление и настройку выполняют вне автоматической линии, в ре­монтной мастерской. Эта форма организации ремонта — эффектив­ное средство сокращения простоев автоматических линий в на­стройке по причинам временной утраты их работоспособности. Однако такая система ремонта требует некоторого увеличения капитальных затрат, равного стоимости предусматриваемых за­пасных элементов устройств.

Организация параллельных резервных агрегатов, входящих в состав проектируемой автоматической линии и подверженных сравнительно частым отказам или требующих длительных настроек, обеспечивает в значительной степени бесперебойность работы. В самом деле, в случае отказа в работе такого агрегата весь произ­водственный поток автоматической линии переключают на парал­лельный резервный агрегат (рис. 19, а). При этом, как правило, время, необходимое для выполнения переключения, весьма мало. Кроме того, такое переключение на параллельный агрегат может быть автоматизировано. Однако установка параллельных агрегатов не только приводит к увеличению капитальных затрат на соору­жение автоматической линии, но и значительно уменьшает коэф­фициент загрузки этих агрегатов, т. е. снижает использование капитальных вложений. В связи с этим описываемое мероприятие всегда требует экономических обоснований и может быть целесо­образным только при относительно невысокой стоимости парал­лельных агрегатов.

Организация промежуточных пульсирующих заделов необхо­дима в случаях£расчленения линии на отдельные самостоятель­ные автоматі' (рис. 19, б) либо на участки сблокированных авто-

66 і •

A-

6a

U участок

Є)

Рис. 19. Типовые схемы компоновки автоматической линии:

а — линия сблокированных автоматов 1—8 с резервным автоматом 6б б — линия с накопителями И между всеми автоматами; в — линия с накопителями между участками сблокированных автоматов

матов (рис. 19, е). Тогда вместо жесткой механической связи авто­матов (рис. 19, а) осуществляют гибкую связь между ними либо между отдельными участками жестко сблокированных автоматов. Средствами такой промежуточной гибкой связи служат механизи­рованные складочные места для полуфабрикатов, называемые в автоматических линиях бункерами или накопителями.

В процессе эксплуатации автоматических линий количество полуфабрикатов в накопителях не остается постоянным, а изме­няется от нуля до некоторого максимума. Поэтому промежуточные заделы в накопителях называют пульсирующими. Назначение этих заделов заключается в обеспечении бесперебойного выпуска продукции линией в случае отказа в работе отдельного автомата либо участка сблокированных автоматов, предшествующему дан­ному заделу. Емкость накопителя рассчитывают таким образом, чтобы находящееся в нем максимальное количество полуфабри­катов могло обеспечить работу последующих участков автомати­ческой линии на все время, необходимое для настройки отказав­шего предшествующего участка или отдельного автомата.

Нормальную работу расчлененной автоматической линии с про­межуточными накопителями обеспечивают следующим образом. На последнем участке проектируемой автоматической линии, вы­полняющем выпуск готовой продукции (см. участок III на рис. 19, в), устанавливают ритм потока гш, соответствующий за­данному такту выпуска [формулы (15), (17), (23), (24)]:

Для предшествующих участков автоматической линии (сМ. участки I к II рис. 19, в) принимают несколько меньшие значе­ния ритма потока:

Г < ги < гт = га

с таким расчетом, чтобы полуфабрикаты, изготовляемые в еди­ницу времени на этих участках в количестве, большем, чем потреб­ляет каждый последующий участок за то же время, накапливались в промежуточных между этими участками накопителях.

Непосредственно после накопления полного расчетного запаса полуфабрикатов в каком-либо накопителе предшествующий ему участок линии выключают вручную либо посредством автомати­ческих устройств. Затем питание полуфабрикатами последующего участка осуществляется накопителем, пока его запас не будет израсходован. После этого снова включают в работу предшествую­щий участок линии и процесс накопления полуфабрикатов в на­копителе повторяется. Представляется возможным так отрегули­ровать устройства, включающие и выключающие отдельные участки линии перед каждым накопителем, чтобы пульсирующий задел полуфабрикатов в нем при отсутствии отказов в работе от­дельных автоматов не снижался ниже определенного заданного уровня.

Таким образом, в случае отказа какого-либо автомата на од­ном из участков расчлененной линии (за исключением последнего, выпускающего участка) последующий участок будет снабжаться полуфабрикатами (заготовками) из накопителя, заполнявшегося до этого отказавшим участком. В то же время участок линии, предшествующий отказавшему, будет пополнять задел полуфабри­катов в накопителе, расположенном на стыке между ним и отка­завшим участком. Если уровень задела полуфабрикатов в этом накопителе достигнет максимального расчетного до окончания настройки отказавшего участка, предшествующий участок линии будет выключен и начнет простаивать. Бесперебойный выпуск продукции будет обеспечен на все время длительности настройки отказавшего элемента линии либо (в случае наличия небольшого задела полуфабрикатов) до полного исчерпания запаса в послед­нем накопителе. После восстановления работоспособности отка­завшего участка работа линии будет продолжаться нормально, с обычным пульсирующим режимом пополнения заделов полуфаб­рикатов в накопителях.

Из описанного выше следует, что'введение промежуточных пульсирующих заделов полуфабрикатов в проектируемую авто­матическую линию действительно может обеспечить бесперебой­ность ее работы и высокий коэффициент использования. При этом капитальные затраты на сооружение накопителей, представляю­щих собой относительно несложные устройства, обычно невелики в сравнении со стоимостью технологических агрегатов автомати­ческой линии. Однако наличие заделов полуфабрикатов в накопи­телях неизбежно приводит к увеличению оборотных средств произ­водства и некоторому замедлению их оборачиваемости. Поэтому установление рационального и экономичного числа участков авто­матической линии при ее расчленении, а также определение со­ответствующих целесообразных размеров промежуточных пульси­рующих заделов представляют собой практически весьма важные задачи в разработке проекта автоматической линии.

Проведенные теоретические исследования указанных задач и методическая разработка их решения (А. П. Владзиевский) при­вели к заключению, что оптимальное число участков расчленяемой автоматической линии должно основываться на условии достиже­ния максимальной ее производительности, т. е. минимальных простоев выпускающего участка линии из-за настроек отдельных ее элементов и устройств. Кроме того, так как число участков (т) расчлененной линии обусловливает необходимое число (т — 1) накопителей между ними и соответствующие капитальные за­траты на их сооружение, то оптимальным должно быть такое число участков, которое обеспечит наименьшую себестоимость изготов­ления изделий на проектируемой автоматической линии.

Исходя из приведенных предпосылок и используя необходимую сложную систему расчетов и полученные выводы, в результате упомянутых выше исследований установлено, что наибольшая технико-экономическая целесообразность расчленения автомати ческой линии достигается в том случае, когда частота отказов и длительность настроек всех ее участков одинакова. По причинам технологического характера это требование на практике обычно невыполнимо в точности, поскольку границы участков могут быть проведены только между реальными сблокированными и в боль­шинстве случаев различными агрегатами. Однако при проектиро­вании расчлененных автоматических линий следует стремиться к удовлетворению указанного условия.

Кроме того, в итоге тех же исследований получены следую­щие расчетные формулы для практического использования при определении числа участков проектируемой расчлененной авто­матической линии.

Исходя из критерия максимальной производительности авто­матической линии, достигаемого при минимуме общих потерь ра­бочего времени в процессе ее эксплуатации, оптимальное число участков расчлененной линии

mQ = j/x(l — б), (ЗО)

где и = В0/Вн — отношение удельной длительности настройки В0 (восстановления работоспособности) проектируемой автоматиче­ской линии при ее сблокированном выполнении (без расчленения) к удельной длительности настройки Ви одного накопителя; б =

= t — коэффициент междуучасткового наложения потерь; он

представляет собой долю простоев одного из смежных участков
из-за недостатка запаса в накопителе или из-за отсутствия свободного места в накопителе), до­бавляющуюся к соб­ственным простоям в на­стройке другого из смежных участков; а/2 — средняя расчет­ная величина запаса в накопителе.

Графическая интер­претация соотношения (30) при различных зна­чениях величин 8 и к показывает (рис. 20), что согласно кри­терию максимальной производительности (минимума потерь) авто­матической линии целесообразно ее расчленение на число участ­ков, тем большее, чем больше Ви — удельная настройка той же линии при сблокированном ее исполнении и чем больше а — ем­кость накопителей, определяющая уменьшение коэффициента б.

На основании критерия наименьшей стоимости изготовления продукции на проектируемой автоматической линии оптимальное число участков при расчленении последней определяется соотно­шением

Щ *** ]/*(! — 6) ^_2 +*6+ i/Bo’ (31)

где ф = Е0/Еи — отношение Е0 — эксплуатационной себестои­мости (станко-минуты) проектируемой линии при сблокированном ее исполнении к Е„ — эксплуатационной себестоимости (станко­минуты) накопителя; остальные обозначения величин те же, что в осотношении (30).

Кривые (рис. 21), изображающие зависимость входящих в вы­ражение (31) величин, показывают, что они сходны с кривыми по формуле (30), но имеют меньшие значения ординат. При весьмг малой стоимости накопителей (когда ф —> оо) основная расчетная формула (31) переходит в формулу (30).

В основу определения рациональных размеров задела полу­фабрикатов в накопителях, а следовательно, и емкости последних в описываемой методике положено полученное в процессе исследо­вания (А. П. Владзиевский) соотношение между коэффициентом междуучасткового наложения потерь б и средней расчетной вели­чиной а!2 = а запаса полуфабрикатов в накопителе:

б = і = —~ .

1 - ф а/2 1 - j - а

О 20 40 00 00 100 120 f

°)

0 20 40 60 00 100 120 Or

6)

Рис. 21. Оптимальное по критерию себестоимости продукции число участков расчлененной автоматической линии:

а — для мучая применения магазинных накопителей Вн = 0,01; б — для случая применения транзитных накопителей Вн = 0,04 (А. П. Владзиевский)

Эта гиперболическая зависимость между величинами fine (рис. 22) показывает, что с увеличением емкости накопителя коэффициент наложения потерь вначале резко падает. Однако уже при а > 2 интенсивность уменьшения коэффициента б суще­ственно снижается, а при а > 10 дальнейшее увеличение емкости накопителя практически не оказывает влияния на уменьшение б. Отсюда следует, что емкость накопителя между участками расчле­ненной автоматической линии должна обеспечивать вместимость десятикратного числа полуфабрикатов, накапливающихся (или расходуемых) на протяжении настройки средней длительности

10/kt «Л0 tHJt,

где t — заданный для проектируемой линии такт выпуска; k 11 Аі. г — то же> что в формулах (26) и (27).

^ В дополнение к описанным выше некоторым результатам тео­ретических исследований и обобщений опытных данных эксплуа­тации автоматических линий в машиностроении, проведенных основоположником теории автоматических линий гіроф. А. П. Влад - зиевским, в 1973 г. его последователи (А. П. Белоусов, А. И. Да - щенко и др.) опубликовали ряд результатов новых исследований автоматических линий. Среди этих результатов определенный практический интерес для проектирования автоматизации произ­водственных процессов представляют следующие выводы и реко­мендации (А. И. Дащенко) по определению оптимального числа участков автоматической линии, а также по определению рацио­нальной величины внутренних запасов требуемых деталей в ее накопителях.

Рис.?22. Зависимость коэффи­циента 6 междуучасткового на­ложения потерь от средней вели­чины запаса а в накопителе (А. П. Владзиевский)

/ 2 3 4 5 6 7 8 3 т

Рис. 23. Зависимость коэффи­циента повышения производи­тельности автоматической линии ф от числа участков ее расчлене­ния т

Для случая деления линии на т участков с равной трудоемко­стью настройки каждого из них можно считать, что

В = В06/т, (28а)

где В — удельная длительность настроек линии, расчлененной на участки; В0 — удельная длительность настроек сблокированной линии; б — коэффициент, учитывающий степень наложения по­терь времени всеми промежуточными участками на потери послед­него (выпускающего) участка.

Повышение производительности ф вследствие расчленения ли­нии на участки можно оценить следующим образом:

го = -3- — 1 В° — 1 + во /90яї

ф Чо ~ 1 + 5 ~ 1 +В06/т ’

где, по аналогии с формулой (29), т]0 и т] — коэффициенты исполь­зования автоматической линии, соответственно сблокированной и расчлененной на участки.

На рис. 23 представлен (заимствованный из упомянутого ис­точника) график зависимости относительного увеличения произво­дительности линии ф вследствие расчленения ее на т участков (т = 1ч-10) для случаев различной надежности сблокированной линии (т]0 = 0,1 ч-0,9) при условии, что трудоемкость наладки накопителей (бункеров) Вб ^ 0, т. е. при достаточно высокой их надежности. Из графика видно, что чем выше надежность сблоки­рованной линии (т. е. чем больше г)о), тем менее целесообразно расчленять линию на участки. Кроме того, число участков т, при котором коэффициент увеличения производительности почти не растет, снижается с возрастанием т]0. График подтверждает также вывод о том, что чем надежнее сблокированная линия, тем меньше оптимальное число участков, на которое следует расчле­нять эту линию и тем меньше эффективность ее расчленения. На­пример, для сблокированной линии с % — 0,7 расчленение ее на более чем три участка уже не приводит к существенному увеличе­нию ее производительности. При m = 3 и Tio = 0,7 производитель­ность этой линии увеличивается на —20% (ф л* 1,2), при т — 4 увеличение производительности той же линии составит —25% (ф ;=» 1,25). Если т]0 = 0,4, то увеличение ф прекращается уже при т = 9, так как в этом случае достигается максимальное увеличе­ние производительности линии: ф = 2,18, т. е. на 118%, а при т = 6 ф = 2, т. е, на 100%.

Таким образом, приведенный на рис. 23 график и относящиеся к нему выводы служат существенным дополнением к указанной выше формуле (30) проф. А. П. Владзиевского. Кроме того, к числу ценных дополнений следует отнести рекомендацию о том, что при расчетах числа участков расчленяемой линии по формуле (31) следует принимать характеристики накопителей (Еи — эксплуа­тационную себестоимость станко-минуты и Вн — удельную дли­тельность настройки) одинаковыми, т. е.

Еаі = Ен2 = Еи3 = . . . Ен и Вл = Вп2 — Впз = . . . Вп.

Что касается рациональной величины запаса деталей в накопи­телях автоматической линии, то при расчетах следует полагать указанный в формуле (32) десятикратный запас деталей вполне приемлемым только для сравнительно малых деталей. Для круп­ных деталей целесообразно считать достаточным пятикратный запас.