Технология машиностроения - наука, изучающая и устанавливающая закономерности протекания процессов обработки и параметры, воздействие на которые наиболее эффективно сказывается на интенсификации процессов обработки и повышении их точности. Предметом изучения в технологии машиностроения является изготовление изделий заданного качества в установленном производственной программой количестве, при наименьших затратах материалов и минимальной себестоимости.
Деталь - это составная часть изделия, изготовленная из однородного материала без применения сборочных операций. Характерный признак детали - отсутствие в ней разъёмных и неразъёмных соединений. Деталь - это первичный сборочный элемент каждой машины.
Сборочная единица - это изделие, соединённое из составных частей, собранных обособленно от остальных элементов изделия. В качестве составных частей сборочной единицы могут выступать как отдельные детали, так и составные части более низших порядков.
Производственный процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных действий, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в готовые изделия. В понятие производственный процесс входит:
В машиностроении различают три типа производств : массовое , серийное и единичное .
В массовом производстве изделия изготавливают непрерывно, в больших количествах и в течение продолжительного времени (до нескольких лет). В серийном - партии (серии) изделий, регулярно повторяющиеся через определённые промежутки времени. В единичном - изделия изготавливают в малых количествах и, зачастую, индивидуально.
Критерием , определяющим тип производства, является не количество выпускаемых изделий, а закрепление за рабочим местом одной или нескольких технологических операций (т. н. коэффициент закрепления технологических операций k з ).
Это отношение числа всех технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению, к числу рабочих мест.
Так, для массового пр - ва характерно закрепление за большинством рабочих мест только одной постоянно повторяющейся операции, для серийного - несколько периодически повторяющихся операций, для единичного - большое разнообразие неповторяющихся операций.
Другим отличительным признаком типов производств является такт выпуска.
, - интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий.Такт выпуска определяется по формуле:
где Ф Э - годовой, эффективный фонд времени рабочего места, участка или цеха, ч
П - годовая производственная программа выпуска рабочего места, участка или цеха, шт.
В
- количество выходных дней в году;
П
р - количество праздничных дней в году;
t
р дн - продолжительность рабочего дня, час;
n
см - количество смен.
Производственная программа завода - это годовое количество выпускаемых изделий выраженное в трудоёмкости:
где П 1 ,П 2 и П n - производственные программы по изделиям, чел·час.
Производственная программа судоремонтного завода (СРЗ)
| Трудоёмкость работ по кварталам, чел · час. | |||||
| Наименование | I | II | III | IV | ИТОГО: |
| Судоремонт: | |||||
| - навигационный | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | П 1 |
| - текущий | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | П 2 |
| - средний | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | П 3 |
| - капитальный | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ... |
| Судостроение | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ... |
| Машиностроение | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ... |
| Прочие работы | ХХХ | ХХХ | ХХХ | ХХХ | П n |
| ВСЕГО: | ХХХХ | ХХХХ | ХХХХ | ХХХХ | 320000 |
ПРИМЕЧАНИЕ: под значком ХХХ или ХХХХ в таблице понимается какое-либо число человеко-часов. Номенклатура - годовое количество выпускаемых изделий, выраженное в наименованиях.
Номенклатура СРЗ
| Наименование | Количество, шт. |
| Судоремонт: | |
| Пассажирский теплоход(ПТ) пр. 544 | 4 |
| ПТ пр. Р - 51 | 8 |
| Грузопассажирский теплоход(ГПТ) пр. 305 | 2 |
| Земснаряд пр. 324 А | 4 |
| Буксирный теплоход (БТ) пр. 911 В | 8 |
| ................... | ............ |
| Судостроение: | |
| баржа пр. 942 А | 5 |
| баржа пр. Р - 14 А | 4 |
| БТ пр. 1741 А | 1 |
| Машиностроение: | |
| лебёдка ЛРС - 500 | 25 |
| и т.д. | ... |
Поточным называется производство , в котором в установившемся режиме над упорядоченно движущейся совокупностью однотипных изделий одновременно выполняются все операции, кроме быть может, незначительного их числа с не полностью загруженными рабочими местами.
Поточное производство в его наиболее совершенной форме обладает совокупностью свойств, отвечающих в максимальной степени принципам рациональной организации производства. Основными такими свойствами являются следующие.
Строгая ритмичность выпуска изделий. Ритм выпуска- это количество изделий, выпускаемых в единицу времени. Ритмичность - это выпуск изделий с постоянным во времени ритмом.
Такт выпуска- это промежуток времени, через который периодически производится выпуск одного или одинакового числа изделий определенного типа.
Существуют варианты поточного производства, в которых, в принципе, отсутствует ритмичность выпуска на уровне отдельных экземпляров изделий. Строгая регулярность повторения всех поточных операций- это свойство состоит в том, что все операции поточного производства определенного типа изделий повторяются через строго фиксированные промежутки времени, создавая предпосылки для ритмичного выпуска этих изделий.
Специализация каждого рабочего места на выполнении одной операции по изготовлению изделий определенного типа.
Строгая пропорциональность в длительности выполнения всех операций поточного производства.
Строгая непрерывность движения каждого изделия через все операции поточного производства.
Прямоточность производства. Расположении всех рабочих мест в строгой последовательности выполнения технологических операций поточного производства. Однако в ряде случаев по определенным причинам достичь полной прямоточности в расположении рабочих мест не удается, и в движении изделий возникают возвраты и петли.
Виды поточных линий.
Поточная линия - это обособленная совокупность функционально взаимосвязанных рабочих мест, на которой осуществляется поточное производство изделий одного или нескольких типов.
По номенклатуре закрепляемых за ПЛ изделий различают:
Однопредметные ПЛ, каждая из которых специализирована на производстве изделий одного вида
Многопредметные ПЛ, на каждой из которых одновременно или последовательно изготавливаются изделия нескольких типов, сходных по конструкции или технологии их обработки или сборки.
По характеру прохождения изделиями всех операций производственного процесса различают:
Непрерывно-поточные линии , на которых изделия непрерывно, т.е. без межоперационных пролеживаний, проходят через все операции их обработки или сборки
Прерывно-поточные линии , которых имеются межоперационные пролеживания, т.е. прерывность обработки или сборки изделий.
По характеру такта различают:
Поточные линии с регламентированным тактом , в которых такт задается принудительно с помощью конвейеров, световой или звуковой сигнализации.
Поточные линии со свободным тактом, на которых выполнение операций и передача изделий с одной операции на другую, могут производится с небольшими отклонениями от установленного расчетного такта.
В зависимости от порядка обработки на них изделий различных типов делятся на:
Многопредметные поточные линии с последовательно-партионным чередованием партий изделий различных типов, в которых каждый тип изделий монопольно обрабатывается в течении определенного периода, а обработка различных типов изделий осуществляется последовательно чередующими партиями. На линиях такого типа необходимо рационально организовать переход от выпуска изделий одного типа к выпуску другого:
одновременно на всех рабочих местах поточной линии прекращается сборка изделий нового типа. Достоинством является отсутствие потерь рабочего времени, однако это требует создания на каждом рабочем месте задела изделий каждого типа, находящихся в той стадии готовности, которая соответствует выполненной операции по данному рабочему месту.
изделия нового типа запускаются на поточную линию до момента окончания сборки партии изделий предыдущего типа, и на поточной линии в переходный период устанавливается максимальный из двух возможных тактов для старого и нового типов изделий. Однако в переходный период возможны простои рабочих на тех рабочих местах, на которых происходит сборка изделий с меньшим требуемым тактом, чем установленный в данный момент.
Групповые поточные линии, которые характеризуются одновременной обработкой на поточной линии партий изделий нескольких типов.
Тип производства:
Объем выпуска продукции - количество изделий определенных наименований и типоразмеров, изготовленных или ремонтируемых предприятием в течение планируемого интервала времени.
Программа выпуска - перечень изделий, изготовленных на предприятии, с указанием объема выпуска по каждому наименованию в течение календарного периода.
Под тактом выпуска изделий понимается промежуток времени между выпуском двух следующих одна за другой машин, деталей или заготовок.
То есть такт выпуска - это отрезок времени, необходимый для изготовления одной детали при 100% выполнении программы выпуска. При проектировании технологических процессов величина такта выпуска определяется по формуле:
Действительный годовой фонд работы оборудования, час;
m - число рабочих смен;
N - годовая программа выпуска изделий, шт.
Определение коэффициента.
Коэффициент серийности показывает количество различных операций, закрепленных за одним станком, и рассчитывается по формуле:
Такт выпуска изделий, мин;
Штучное время по операциям, мин.
Критерием серийности служит коэффициент закрепления операций () - отношение числа всех технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению в течение месяца к числу рабочих мест.
Различают три основных типа производства: единичное, серийное и массовое. Для мелкосерийного производства характерны значения = 21-40, для среднесерийного - 11-20, крупносерийного - 2-10.
Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление которых, как правило, не предусматривается.
Именно такое производство характерно для предприятий технического сервиса, ремонтных мастерских и ремонтно-механических мастерских лесопромышленных предприятий.
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно небольшим объемом выпуска. В зависимости от количества изделий в партии или серии различают мелкосерийное, среднесерийное или крупносерийное производства.
Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых в течение продолжительного времени. На большинстве рабочих мест выполняется одна постоянно повторяющаяся операция (=1).
Сравнительная технико-экономическая характеристика типов производства представлена в табл. 4.
Таблица 4. - Сравнительная технико-экономическая характеристика типов производства:
|
Типы производства |
|||
|
единичный |
серийный |
массовый |
|
|
Номенклатура изделий |
Неограниченная |
Ограниченная сериями |
Одно наименование |
|
Постоянство номенклатуры |
Не повторяется |
Периодически повторяется |
Постоянный выпуск изделий узкой номенклатуры |
|
Специализация рабочих мест |
Отсутствует. Разные операции |
Периодически повторяющиеся операции |
Одна постоянно повторяющаяся операция |
|
Коэффициент закрепления операций () |
Мелкосерийное 20…40 |
Среднесерийное 10.. 20 Крупносерийное 1…10 |
|
|
Оборудование |
Универсальное |
Универсальное, с ЧПУ, специализированное |
Преимущественно специальное |
|
Расположение производственного (технологического) оборудования |
Технологический принцип (по группам станков) |
Предметный и технологический принцип (по группам, по участкам, по технологическому процессу) |
Предметный принцип по технологическому процессу |
|
Технологическая оснастка (приспособления, режущий и измерительный инструменты и др.) |
Универсальная, стандартная нормализованная и унифицированная. |
Стандартная, нормализованная и специализированная. Универсальный и предельный. |
Специальная и нормализованная. Предельный и специальный |
|
Детализация разработки технологической документации |
Маршрутная |
Маршрутно-операционная |
Подробная маршрутно-операционная вплоть до разработки отдельных приемов |
|
Квалификация основных рабочих |
Средняя, высокая на станках с ЧПУ |
Невысокая на поточных линиях, высокая на ГАЛ |
|
|
Себестоимость изделий |
|||
|
Производственный цикл |
Длительный |
Минимальный |
|
|
Производительность труда |
Невысокая |
Максимальная |
|
|
Нормирование труда |
Опытно-статистическое |
Расчетное и опытно-статистическое |
Расчетное с экспериментальной проверкой |
Тип производства решающим образом влияет на эффективность использования ресурсов предприятия.
К самостоятельному типу относится опытное производство. Его цель - производство образцов, партий или серий изделий для проведения исследовательских работ, испытаний, доводки конструкции и на основе этого - разработка конструкторской и технологической документации для промышленного производства. Изделия опытного производства не являются товарной продукцией и обычно не поступают в эксплуатацию.
Время такта один из ключевых принципов бережливого производства. Время такта задает скорость работы производства, которая должна точно соответствовать имеющемуся спросу. Время такта в производстве аналогично частоте ударов сердца человека. Время такта является одним из трех элементов системы точно вовремя (наряду с поточным производством и вытягивающей системой), который обеспечивает равномерную загруженность работой и определяет узкие места. Для проектирования производственных ячеек, сборочных конвейеров и создания бережливого производства, необходимо абсолютное понимание времени такта. В данной статье рассмотрены ситуации, в которых возможно искусственное увеличение или уменьшение времени такта.
Что такое время такта? Слово такт происходит от немецкого takt , что означает ритм или удар. Термин время такта связан с музыкальной терминологией и означает ритм, который задает дирижер, чтобы оркестр играл в унисон. В системе бережливого производства данное понятие используется, чтобы обеспечить темп производства со средней скоростью изменений уровня потребительского спроса. Время такта это не числовой показатель, который можно измерить, например, с помощью секундомера. Понятие времени такта необходимо отличать от понятия времени цикла (время выполнения одного операционного цикла). Время цикла может быть меньше, больше или быть равным времени такта. Когда время цикла каждой операции в процессе становится точно равно времени такта, возникает поток единичных изделий.
Существует следующая формула для вычисления:
Время такта = доступное производственное время (в день) / потребительский спрос (в день).
Время такта выражается в секундах на изделие, обозначая, что потребители покупают продукцию раз в определенный промежуток времени в секундах. Неправильно выражать время такта в изделиях в секунду. Задавая темп производства в соответствии со скоростью изменения уровня потребительского спроса, бережливые производители тем самым добиваются выполнения работы в срок и сокращения потерь и затрат.
Уменьшение времени такта. Цель определения времени такта работа в соответствии с потребительским спросом. Но что произойдет, если время такта будет искусственно уменьшено? Работа будет выполнена быстрее, чем требовалось, в результате чего возникнет перепроизводство и лишний запас. Если выполнение других задач недоступно, то рабочие будут терять время в ожиданиях. В какой ситуации оправдано такое действие?
Чтобы продемонстрировать подобную ситуацию, подсчитаем необходимую численность работников сборочного конвейера, на котором выполняется поток единичных изделий:
Численность группы = сумма значений времени цикла ручных операций / время такта.
Таким образом, если для процесса общее время цикла составляет 1293 с, то численность группы будет равна 3,74 человек (1293 с / 345 с).
Поскольку невозможно задействовать в работу 0,74 человека, число 3,74 необходимо округлить. Трех человек может оказаться недостаточно, чтобы обеспечить темп производства в соответствии с изменением потребительского спроса. В таком случае необходимо провести мероприятия по улучшению, чтобы сократить время цикла ручных операций и устранить потери в процессе.
Если же время цикла фиксировано, то возможно округление в бoльшую сторону за счет уменьшения времени такта. Время такта может быть уменьшено при уменьшении доступного производственного времени:
3,74 человек = 1293 с на изделие / (7,5 ч х 60 мин х 60 с / 78 деталей);
4 человека = 1293 с / (7 ч х 60 мин х 60 с / 78 деталей).
Привлекая к работе четырех человек, уменьшая время такта и производя такой же объем за меньшее время, загруженность работой группы равномерно распределена. Если эти четыре человека смогут обеспечить темп производства в соответствии с потребительским спросом за меньшее, чем обычно время, то необходимо будет произвести их ротацию или при- влечь к решению задач улучшения процесса.
Увеличение времени такта: правило 50 секунд. В приведенном примере мы показали, когда можно уменьшить время такта для повышения эффективности. Рассмотрим теперь случай, когда время такта следует увеличить.
Существует эмпирическое правило, согласно которому все повторяющиеся ручные операции должны иметь время цикла не менее 50 с (время от начала до начала). Например, работа сборочных конвейеров компанииToyota определяется временем такта 50 60 с. Если в компании необходимо увеличить объем производства на 5 15%, то вводят дополнительное время или в некоторых случаях используют несколько сборочных конвейеров, настроенных на большее время такта (например, две линии с временем такта 90 с вместо одной линии с временем такта 45 с).
Существуют четыре причины, определяющие важность правила 50 секунд.
- Производительность.
Если время такта составляет малую величину, то даже секунды, потраченные в результате лишних передвижений, оборачиваются большими потерями времени цикла. Потеря 3 с из 30 с времени цикла приводит к 10%-ному снижению производительности. Потеря 3 с из 60 с цикла к 5%-ному снижению производительности. Потеря 3 с из 300 с цикла только к 1%-ному и т. д. Поэтому если время такта является большей величиной (50 с и более), то это не будет значительной потерей производительности.
Использование одной сборочной линии с большим числом операторов, работающих за малое время такта (например, 14 с), позволяет сэкономить на затратах на инвестирование (число линий), но в результате появятся большие эксплуатационные расходы. По нашим наблюдениям, сборочные конвейеры, спроектированные на работу со скоростью 50 с и более, на 30% производительнее, чем линии с малым временем такта. - Безопасность и эргономика. Выполнение одних и тех же ручных операций в течение короткого промежутка времени может привести к усталости и боли в мышцах в результате повторяющейся нагрузки. Когда различные операции выполняются за большее время (например, за 60 с вместо 14 с), то мышцы перед началом повторного выполнения операции успевают восстановиться.
- Качество. Выполняя широкий круг обязанностей (например, пять операций вместо двух), каждый сотрудник сам становится внутренним потребителем каждой операции, кроме последней. Если работник выполняет пять операций, то это заставляет его уделять больше внимания качеству, так как неудовлетворительный результат при выполнении операции 3 отразится на выполнении операции 4 и, следовательно, не будет передан незамеченным на следующий этап.
- Отношение к выполняемой работе. Было отмечено, что работники испытывают большее удовлетворение от работы, повторяя выполнение операции, на- пример через каждые 54 с, а не 27 с. Людям нравится обучение новым навыкам, они меньше испытывают усталость при выполнении повторяющихся движений, но, главное сотрудники чувствуют, что они вносят свой личный вклад в создание продукта, а не просто выполняют механическую работу.
Время такта и инвестиции. Значимость правила 50 секунд можно проиллюстрировать на примере компании, занимающейся производством и сборкой насосов для промышленности. В процессе создания своего продукта компания использовала один длинный сборочный конвейер. В результате роста потребительского спроса и требований проведения дополнительных испытаний стало необходимым проектирование нового сборочного конвейера. На данном этапе компания решила применить принципы бережливого производства. Одним из первых шагов было определение времени такта.
Время такта для данного продукта 40 с было рассчитано исходя из наибольшего спроса. Учитывая правило 50 секунд, инженеры, ответственные за данный проект, приняли решение спроектировать либо один сборочный конвейер с временем такта 80 с, работающий в две смены, либо два конвейера с временем такта по 80 с, работающие в одну смену. Работы по проектированию сборочной линии были предложены нескольким машиностроительным компаниям. По их оценкам для проектирования одной линии требовалось от 280 до 450 тыс. долл. Разработка двух линий означало удвоение единиц оборудования и величины начального инвестиционного капитала. Однако, используя два конвейера, можно было настроить каждый из них на производство определенных видов продукции, что позволяет сделать производство более гибким. Кроме того, повышение производительности, удовлетворенности работников, сокращение затрат на безопасность и качество способны компенсировать затраты на проектирование дополнительной линии.
Таким образом, придерживаясь простого правила, согласно которому скорость выполнения любой ручной операции не должна быть меньше 50 с, можно избежать потерь. При проектировании процессов бережливого производства необходимо использовать метод 3P (Production Preparation Process) 1 и проводить тщательный анализ времени такта.
1 Метод проектирования процесса бережливого производства для нового продукта или коренной реорганизации процесса производства для существующего процесса в случаях значительного изменения конструкции изделия или спроса. Подробнее см.: Иллюстрированный глоссарий по бережливому производству / Под ред. Чета Марчвински и Джона Шука: Пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс: CBSD, Центр развития деловых навыков, 2005. 123 с. Прим. ред.
По материалам статьи Job Miller, Know Your Takt Time
и книги Джеймса П. Вумека, Дэниела Т. Джонса Бережливое производство.
Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании.
М.: Альпина Бизнес Букс, 2004
подготовила В.А. Лутцева
Расчет такта выпуска. Определение типа производства. Характеристика заданного типа производства
Зависимость типа производства от объёма выпуска деталей приведена в таблице 1.1.
При массе детали 1,5кг и N=10000 деталей выбирается среднесерийное производство.
Таблица 1.1- Характеристика типа производства
|
детали, кг |
Тип производства |
||||
|
Единичное |
Мелкосерийное |
Среднесерийное |
Крупносерийное |
Массовое |
|
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой выпускаемых деталей, изготовляемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно небольшим объёмом выпуска, чем в единичном производстве.
Основные технологические признаки серийного производства:
1. Закрепление за каждым рабочим местом нескольких операций;
2. Применение универсального оборудования, специальных станков для отдельных операций;
3. Расстановка оборудования по технологическому процессу, типу детали или группам станков.
4. Широкое применение спец. Приспособлений и инструмента.
5. Соблюдение принципа взаимозаменяемости.
6. Средняя квалификация рабочих.
Величина такта выпуска рассчитывается по формуле:
где F д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч/см;
N - годовая программа выпуска деталей, N=10 000 шт
Далее необходимо определить действительный фонд времени. При определении фонда времени работы оборудования и рабочих принято следующие исходные данные на 2014 год при 40 часовой рабочей неделе, Fд=1962 ч/см.
Тогда по формуле (1.1)
Тип производства зависит от двух факторов, а именно: от заданной программы и от трудоёмкости изготовления изделия. На основании заданной программы рассчитывается такт выпуска изделия t В, а трудоёмкость определяется средним штучным (штучно-калькуляционным) временем Т ШТ по операциям действующего на производстве или аналогичного технологического процесса.
В серийном производстве количество деталей в партии определяется по следующей формуле:
где а - число дней, на которое необходимо иметь запас деталей, на=1;
F - число рабочих дней в году, F=253 дня.
Анализ требований к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей детали и описание принятых методов их обеспечения
Деталь "Вал промежуточный" имеет невысокие требования по точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей. Многие поверхности обрабатываются по четырнадцатому квалитету точности.
Деталь является технологичной, так как:
1. Ко всем поверхностям обеспечивается свободный доступ инструмента.
2. Деталь имеет небольшое число точных размеров.
3. Заготовка максимально приближена к форме и размерам готовой детали.
4. Допускается применение высокопроизводительных режимов обработки.
5. Очень точных размеров нет, кроме: 6P9, 35k6, 30k6, 25k6, 20k6.
Деталь можно получить штамповкой, поэтому конфигурация наружного контура не вызывает трудностей при получении заготовки.
С точки зрения механической обработки деталь можно описать следующим образом. Конструкция детали допускает ее обработку на проход, ни что не мешает данному виду обработки. Имеется свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям. Деталь предусматривает возможность обработки на станках с ЧПУ, также и на универсальных станках, не представляет трудностей при базировании, что обусловлено наличием плоскостeй и цилиндрических поверхностей.
Делается вывод, что с точки зрения точности и чистоты обрабатываемых поверхностей данной детали в основном не представляет значительных технологических трудностей.
Также для определения технологичности детали используют
1. Коэффициент точности, КТ
где К ТЧ - коэффициент точности;
Т СР - средний квалитет точности поверхностей детали.
где Т i - квалитет точности;
n i - число поверхностей детали с данным квалитетом (таблица 1.2)
Таблица 1.2- Число поверхностей детали "Вал промежуточный" с данным квалитетом
Таким образом
2. Коэффициент шероховатости, КШ
где К Ш - коэффициент шероховатости,
Ra СР - средняя шероховатость.
где Ra i - параметр шероховатости поверхности детали;
m i - число поверхностей детали с одинаковым параметром шероховатости (таблица 1.3).
Таблица 1.3 - Число поверхностей детали "Вал промежуточный" с данным классом шероховатости
Таким образом
Коэффициенты сравниваются с единицей. Чем ближе значения коэффициентов к единице, тем деталь технологичнее. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что деталь достаточно технологична.