Компоновочно-технологическое проектирование автоматизированного механообрабатывающего производства деталей энергетического и горнодобывающего комплекса

Актуальность проблемы. Проектирование автоматизированных технологических систем является весьма непростой задачей, поскольку в единый комплекс объединены технологические и конструкторские решения, автоматизированные системы управления различного уровня, а всей системе присущи свойства, характерные для любой сложной системы, Поэтому создание конкурентно способной автоматизированной технологической системы должно основываться на моделировании производственных систем.

В серийном и мелкосерийном производстве проектирование гибкого автоматизированного производства (ГАП) ориентируется на использование групповых методов производства, при которых для групп однородной по тем или иным конструктивно-технологическим признакам продукции устанавливаются однотипные высокопроизводительные методы обработки с использованием однородных и быстропереналаживаемых орудий производства [55]. Групповой метод производства в значительной мере определяет производственную структуру цехов и участков, систему планирования и обслуживания.

Для современного общественного производства характерны следующие тенденции развития: усиление режима экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсоврасширение многообразия различных видов и модификаций производственных изделий и частая их сменарост динамики потребительского спроса со стороны рынкаповышение производительности труда, сокращение цикла изготовления изделийулучшение показателя цена — качество и т. д.

Направленность развития сложных технологических систем определяется законами системной организации и условиями внешней среды их обитания. Отдельные принципы системной организации успешно используются при проектировании гибких производственных систем (ГПС), однако они не четко сформулированы, не раскрыто их содержание. Принципы системной организации, являясь главной гипотезой, образуют основную платформу для выявления законов развития сложных технологических систем и построение рабочей методологии поискового проектирования [52].

Использование дорогостоящего оборудования с ЧПУ, технологических модулей с высокой плотностью распределения функций в конструктивном пространстве, манипуляционных, транспортных систем и групповых методов в серийном и мелкосерийном производстве должно предусматривать моделирование и построение оптимального движения потоков предметов труда (ПТ) в заданном пространстве проектируемой системы.

Непосредственно обработка заготовки изделия серийного машиностроительного производства на всех этапах его изготовления занимает 2−5% общего рабочего времени, остальное время приходится на различные виды внутризаводских транспортных и контрольных операций, а также на межоперационное «пролеживание». Поэтому повышение эффективности производства достигается совершенствованием всех технологических, транспортных, контрольных и др. операций путем соединения оборудования в технологические автоматизированные комплексы, в которых благодаря ЭВМ автоматизированы также технологическая подготовка и планирование производства [37].

Во всем комплексе работ по проектированию автоматизированного производства (АП) значительное место занимает задача проектирования компоновки системы. Однако недопустимо рассматривать задачу компоновки системы в отрыве от технологических условий, накладываемых на проектирование гибкой производственной системы, таких как: взаимное расположение (соседство) станков на участке и самих участков на площади цехажелательное расположение заготовительного и участка готовой продукции возле «входа», «выхода» из цехаудобство вывоза продуктов переработки, отходов производстваразмещение сварочного и участка термической обработки возле наружной стены цеха и т. п. В силу указанных причин далее будем рассматривать задачу компоновки АП в совокупности с технологическими условиями на проектирование — компоновочно-технологическое решение (КТР).

Актуальность задачи проектирования КТР обусловлена тем, что именно на этом этапе АП формируется как интегрированная система станков и автоматизированного транспорта. Рациональность заложенных здесь решений позволит уменьшить капитальные затраты на вспомогательное оборудование, улучшить организационные показатели работы АП (уменьшить время нахождения детали в системе, повысить надежность функционирования и др.), улучшить использование производственных площадей. При внесении задач проектирования КТР в контур автоматизированного проектирования эффект может быть получен не только за счет улучшения качества проекта, но и за счет интенсификации процесса проектирования.

Цель исследований. Сокращение сроков технологической подготовки и длительности производственного цикла автоматизированного механообрабаты-вающего производства (АМП) серийного типа с использованием математических моделей и алгоритмов его анализа и синтеза.

Для достижения поставленной цели автором были решены следующие основные задачи:

— Обоснована необходимость автоматизации производства основной номенклатуры деталей энергетического и горнодобывающего комплекса.

— Обоснована на основании анализа пространственно-временных связей задача компоновочно-технологического проектирования как основная проект-но-организационная задача технологической подготовки производства.

— Разработана общая модель компоновочно-технологического проектирования улучшенного качества за счет увеличения выборки.

— Разработаны частные модели и алгоритмы компоновочно-технологического проектирования для предприятий энергетического машиностроения.

— Разработана методика принятия оптимального решения по параметрам значимости характеристик технологических и организационных процессов.

— Реализованы разработанные модели и алгоритмы в виде программно-методического обеспечения для автоматизации процесса проектирования КТР и апробированы на предприятии горнодобывающего комплекса.

Рабочая гипотеза: Сокращение сроков технологической подготовки и длительности производственного цикла автоматизированного механообрабаты-вающего производства серийного типа предполагается достичь за счет увеличения выборки и учета избыточности посредством технологических ограничений при проектировании и оптимизации КТР.

Научная новизна: Теоретическими и экспериментальными исследованиями пространственно-временных связей установлены теоретические зависимости для КТР оптимальных по интенсивности грузопотока с учетом технологических показателей проектируемого автоматизированного производства, которые включают в себя:

1. Теоретические основы синтеза компоновочно-технологических решений;

2. Систему оптимизации параметров КТР автоматизированного механооб-рабатывающего производства;

4. Методику анализа работы ГПС с учетом технологического маршрута и показателей надежности станков и точности обработки;

5. Методику синтеза КТР оптимальных по интенсивности грузопотока.

Автор защищает следующие основные положения:

— систему оптимизации параметров компоновочно-технологических решений;

— методику моделирования автоматизированного механообрабатывающего производства крупногабаритных деталей с учетом контроля точности изготовления изделий и формирования годовой программы выпуска продукции с заданной точностью;

— результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований по анализу организационно-технологических параметров и синтезу КТР оптимальных по интенсивности грузопотока;

— инженерную методику систематизации и назначения технологических ограничений при проектировании компоновочно-технологических решений.

Практическая ценность работы: разработан программный комплекс анализа и синтеза оптимального размещения основного технологического оборудования (ОТО) на производственной площади участка, позволяющий вносить ограничения в задачу синтеза КТР АП в виде затрат на назначение оборудования по позициям на площади проектируемого участка, что позволяет формировать альтернативные варианты компоновки с предварительным отсеиванием избыточных решений неудовлетворяющих граничным условиям.

Внедрение результатов работы: результаты внедрены на ОАО «Белгородский завод горного машиностроения» в цехе № 2 по производству долот трех-шарошечных, а так же в учебном процессе Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова для студентов специальности 151 001 — «Технология машиностроения».

Публикации: по теме опубликовано 8 работ и 2 методических указания.

Апробация работы: Материалы по работе доложены на международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в г. Белгород в 2005 году.

Гпава I. Состояние вопроса и задачи исследования.

Общие выводы.

1. В работе созданы методы, поддерживающие пространственную взаимосвязь объектов компоновки, учитывающие вариантность возможных проектных решений и пригодные для реализации в виде автоматизированной системы, что позволяет получать качественные проекты КТР ГАП.

2. Проведен анализ окружения задачи проектирования КТР ГПС в условиях реально существующего производства. Выявлены взаимосвязи этапа проектирования компоновочного решения с этапом проектирования структурного и параметрического синтеза организационно-технических структур ГПС.

3. Сделана постановка комбинаторной задачи оптимального размещения элементов ГПС в производственной площади участка. Особенность постановкисвязность размещаемых элементов. Для решения задачи разработан алгоритм ограниченного перебора. Предложен критерий оптимальности — суммарная длина грузооборота в системе.

4. Предложенный алгоритм анализа автоматизированного производства позволяет выбрать режимы эксплуатации АМП, оптимальные по технологическим показателям эксплуатации (партия запуска, коэффициент использования оборудования, коэффициент незавершенного производства, коэффициент брака и т. д.), и прогнозировать как поведение системы в целом, так и каждой единицы оборудования в частности.

5.

Введение

операции контроля точности изготовления деталей в контур математического моделирования работы автоматизированного производства позволяет прогнозировать годовую и месячную программу выпуска продукции с заданной точностью (коэффициент брака).

6. Рассмотренный алгоритм формирования оптимального размещения оборудования позволяет проектировать компоновки как участков в комплексе с цехом, так и групп оборудования внутри автоматизированного участка, спускаясь по иерархии до гибкой производственной ячейки.

7. Повышение качества проектных решений, сокращение транспортных расходов, связанных с перемещением предметов труда (заготовки, детали, инструмент, стружка), и повышение производительности труда проектировщика является источником эффекта от применения предложенных методов и построенного на их основе программного комплекса проектирования КТР ГПС.

8. Реализация предложенных методов осуществлена в виде диалогового программного комплекса на языке программирования Turbo Pascal. Основными функциональными задачами комплекса являются: формирование проектных вариантов КТР (распределение оборудования по позициям участка) — оценка и выбор проектного варианта.

9. Программный комплекс формирования оптимального размещения ОТО на производственной площади участка позволяет вносить ограничения в задачу синтеза КТР АМП в виде затрат назначения оборудования по позициям площади проектируемого участка, что дает возможность формировать альтернативные варианты компоновки с предварительным отсеиванием вариантов, неудовлетворяющих граничным условиям (взаимное расположение [соседство] станков на участке и самих участков на площади цеха), избегать избыточности при решении поставленной задачи и увеличивать эффективность использования методики синтеза компоновки за счет увеличения производительности труда проектировщика.

Ю.Оптимизация КТР ГАП по показателю «транспортные расходы» позволяет достичь значительного увеличения производительности за счет сокращения: цикла производства изделия, межоперационного «пролеживания», вспомогательного оборудования (АТСС) — увеличения удельного времени обработки изделия от общего рабочего времени, а также увеличения экономических показателей: таких, как фондоотдача, использование основных средств и др.

11.Предложенные методики анализа и синтеза КТР ГПС, внесенные в контур САПР, являются удобными и достаточно простыми для их практического использования как в НИИ, занимающихся вопросами проектирования гибких производственных систем, так и в заводских условиях.

12.Годовой экономический эффект от применения методики выбора оптимального размещения основного технологического оборудования на производственной площади участка, позволяющей вносить ограничения в задачу синтеза КТР автоматизированного производства в условиях предприятия ОАО «Белгородский завод горного машиностроения» по производству долот трехшарошеч-ных составил 9.337 тыс. руб.