20. Особенности организации и методика определения основных параметров работы однопредметных поточных линий.

При проектировании и организации поточной линии необходимо: определить программу выпуска; выбрать нужное оборудование; установить основные рабочие параметры линии (такт, количество оборудования, рабочих, шаг и скорость конвейера); обеспечить синхронизацию операций; выбрать планировку и транспорт линии.

Программа выпуска деталей (узлов, изделий) оказывает решающее влияние на выбор оборудования, характер технологии и другие параметры поточной линии. Чем больше и «долговечнее» программа, тем эффективнее линия. Если линия предназначена для выпуска деталей, она должна удовлетворять не только текущие потребности предприятий для сборки машин, но и полностью обеспечивать эксплуатационные потребности действующего парка ранее выпущенных машин. Поэтому потребность в деталях находится в прямой зависимости от программы выпуска машин, длительности их выпуска, сроков их службы и стойкости конкретных деталей в машине. Выпуск машин на заводе колеблется от минимума в первые годы освоения их в производстве до максимума в период полного насыщения рынка, затем следует снижение выпуска вплоть до снятия машин с производства.

Выбор оборудования зависит от характера технологического процесса, степени его расчлененности на простейшие операции, что определяется величиной и «долговечностью» программы выпуска. Чем больше программа и дольше продолжительность выпуска деталей, тем легче расчленить технологический процесс на простейшие операции и применить для их выполнения специальное оборудование. При этом чем проще операция, тем

проще оборудование, предназначенное для ее выполнения. Необязательно применять только специальное оборудование. В большинстве случаев удается использовать серийно выпускаемое оборудование, имеющее оснастку и приспособленное для выполнения специальных операций в полуавтоматическом и автоматическом режиме. Г. Форд утверждал, что в поточном производстве при механической обработке деталей на 90 % операциях можно попользовать серийное оборудование. А специалисты японской фирмы «Тойота» считают, что чем проще операция на поточной линии, тем проще и дешевле обходится специальное оборудование для ее выполнения. Обычно такое оборудование проектируется и изготавливается самой фирмой.

Основные рабочие параметры поточной линии рассчитываются на основе производственной программы и такта линии.

Под тактом поточной линии понимается средний период времени между выпуском отдельных деталей или изделий на линии. Его величина определяется делением действительного фонда Ф_дейст времени работы (обычно за год) на максимальную программу N_max выпуска деталей за все годы эксплуатации поточной линии:

,

где r — такт потока, мин/шт.; Ф_ном — номинальный фонд времени работы поточной линии в год максимального выпуска деталей, ч; α_об — коэф­фициент, учитывающий потери номинального фонда времени работы оборудования на плановые ремонтные работы и определяемый на основе типовой системы организации ремонтов оборудования; α_нал — коэффи­циент, учитывающий потери рабочего времени на настройку и подна-ладку оборудования во время рабочих смен.

Максимальная программа (N_max) определяется на основе анализа объема выпуска деталей для текущего производства и запасных частей.

Такт поточной линии, как правило, должен быть постоянным. Если в данном году программа уменьшается по сравнению с максимальной, то должен уменьшиться и фонд использования линии. Он составит:

[ч],

где Ф_i, N_i — соответственно фонд работы линии и программа выпуска в i-м году.

Некоторые предприятия предпочитают не уменьшать фонд работы линии, а увеличивать такт потока и в связи с этим поручать рабочим на недогруженных операциях дополнительную работу. Так, фирма «Тойо­та» при снижении потребности в деталях, повышая такт потока, увеличивает не полностью загруженным рабочим-многостаночникам зону обслуживания. Такое решение проблемы возможно лишь при многостаночном параллельном обслуживании.

Потребное количество оборудования определяется по формуле

m_{расч i} = t_{оп i}/r,

где t_{оп i} — оперативное время выполнения i-й операции, мин.

Расчетное количество оборудования (рабочих мест) округляется до ближайшего большего значения, за исключением тех случаев, когда планируемая перегрузка рабочего места не превышает 5-6 %. В этом случае оно округляется до ближайшего меньшего числа и одновременно предусматриваются мероприятия по устранению перегрузки. Коэффициент загрузки оборудования (рабочих мест) на каждой операции определяется по формуле

,

где m_{прин i} — принятое число рабочих мест (станков) на i-й операции.

Потребное (явочное) количество основных рабочих (операторов) на i-й операции определяется по формуле

,

где Н_{об i} — норма обслуживания рабочих мест (станков) одним рабочим, равная отношению оперативного времени к времени занятости рабочего на операции.

Расчетная норма обслуживания и необходимое количество принятых рабочих на операции уточняются после выбора типа поточной линии и синхронизации операций.

Синхронизация операций — средство достижения пропор­циональности частичных процессов на линии. Обычно при проектиро­вании поточной линии ограничиваются предварительной синхронизаци­ей, при которой длительность обработки может отклоняться от величины, равной или кратной ритму, в пределах 10 %, т.е. по каждой операции соблюдается следующее условие:

t_{оп i} = rm_{прин i}/(1±0,1) или rm_{прин i} = t_{оп i}/(1±0,1)

Окончательная синхронизация достигается в период освоения и отладки работы линии в производственных условиях. Расчленять и перераспределять станочные операции в отличие от сборочных сложно, а иногда просто невозможно. Поэтому основными направлениями синхронизации на поточных линиях обрабатывающих цехов должны стать рационализация операций и изменение режимов обработки.

Если расчетная длительность станочной операции (включая все добавки времени на переходы, обслуживание и личные надобности) больше такта потока или кратной ему величины, то наиболее эффективными мероприятиями будут: применение многоместных приспособлений и одновременная обработка на станке нескольких деталей; использование механических и пневматических зажимов деталей; многоинструментальная наладка; повышение режимов обработки (скорости резания, глубины, подачи); уменьшение припусков на обработку; улучшение конструкции детали; модернизация оборудования и адаптация его специально для выполнения данной операции и др. Все эти мероприятия способствуют сокращению как основного, так и вспомогательного времени, благодаря чему длительность операции может быть значительно уменьшена.

Если длительность операции меньше такта потока или кратной ему величины, основным направлением синхронизации должно быть обеспечение занятости рабочего в течение такта потока или кратной ему величины, несмотря на простой некоторых станков. В этом случае условие синхронизации должно быть следующим:

или ,

где Н_{прин i} — принятая норма обслуживания станков одним оператором; t_{зан i} — занятость рабочих на i-й операции.

Рассмотрим пример. Оперативное время t_{oп i} составляет 4 мин, а такт потока линии — 1,2 мин. Занятость рабочего на i-й операции — 1,1 мин. Следовательно, m_{расч i} = 3,3, m_{прин i} = 4. В этом случае операция совер­шенно не синхронизируется с тактом потока, поскольку rm_{прин i} > 1,1, Н_{прин i}, т.е. 4,8 > 4,4. Но операция может быть достаточно синхронизи­рована по времени загрузки рабочего, так как при принятой норме параллельного обслуживания Н_{прин i} =4. Занятость рабочего составит лишь 4,4 мин, т.е. отклонение от rm_{прин i} — менее 10 %.

Параллельное обслуживание нескольких станков позволяет синхронизировать и те операции, на которых имеет место значительная недогруз­ка оборудования. Так, в рассмотренном примере, если при г = 1,2 мин на одной операции t_{oп 1} — 0,9 мин, t_{зан 1} = 0,6 мин, а на другой t_{oп 2} = 0,8 и t_{зан 2} = 0,4 мин, последовательное обслуживание двух станков одним рабочим становится невозможным. При параллельном же обслуживании такая возможность имеется. И условие синхронизации по загрузке рабочих выполняется, так как t_{зан 1} + t_{зан 2} 1 мин, что меньше такта потока на 0,2 мин.

Подобный метод синхронизации широко используется за рубежом. Так, в фирме «Тойота» нормирование труда начинается с определения такта потока, после чего составляют циклограмму полной загрузки рабочего в течение такта потока или кратной ему величины, не обращая внимания на простой оборудования.

Рассмотренные методы синхронизации операций значительно расширяют область применения непрерывного поточного производства в обрабатывающих цехах машиностроительных предприятий и повышают его эффективность за счет уменьшения не только количества занятых рабочих, но и заделов, сокращения длительности производственного цикла обработки деталей и изготовления изделий.

Планировка поточной линии обычно сочетается с выбором транспортных средств и формы (конфигурации) линии. Она должна обеспечить: прямоточность процесса; удобство работы для всех рабочих; кратчайшее расстояние перемещения рабочих-многостаночников при обслуживании закрепленных за ними станков; возможность пода­чи обрабатываемых предметов на недогруженные станки и, при необходимости, возврат приспособлений на первую операцию. Кроме того, поточная линия должна вписываться в габариты отведенного ей производственного участка.

Форма поточной линии зависит от конструкции и площади производственного здания, вида получаемой заготовки или обрабатываемой детали, используемого оборудования и уровня его загрузки, вида применяемых транспортных средств. На практике применяются следующие формы поточных линий: прямая, круговая (горизонтально-замкнутая, овальная, П- или U-образная, Г- и Х-образная, S-образная (зигзагообразная) и различные комбинации этих форм (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Основные формы потоков и планировки оборудования на поточных линиях (цифры в кру­жочках — номера операций): а — прямая; б — Г-образная; в — круговая; г — П-образная; д — S-образная; е — Х-образная; ж, з — комбинированная (используются одни и те же станки для вы­полнения нескольких операций); w — U-образная

Наиболее полно требованиям прямоточности удовлетворяет прямая линия. Она проста, хорошо организована, ее легко монтировать, стои­мость конвейера минимальна, он прост в обслуживании. Однако рас­положение станков по прямой линии требует большой протяженности участка, уменьшает степень использования боковых площадей, ухудшает условия многостаночного обслуживания на разных операциях. Поэтому, исходя из конкретных условий производства, широко применяют различные формы изогнутых линий.

Если длина линии значительно превышает длину пролета, в целях лучшего использования производственных площадей применяют П-, U-образную или круговую форму. При необходимости использовать недогруженный дорогостоящий станок для выполнения далеко отстоящих друг от друга операций используют П- или Х-образную линию. В случае обслуживания одним рабочим различных станков используют линии, изогнутые под разными углами (Г-, П- или U-образной формы). При этом путь перемещения рабочего от станка к станку будет минимальным. Если необходимо возвращать на первое рабочее место приспособление, с которого уже снята готовая деталь, применяются линии круговой и П-образной форм. В формовочных отделениях литейных цехов широко используются круговые линии, на которых выбитые опоки возвращаются по кругу на формовку. В случае, когда процесс обработки прерывается и детали направляются на другие операции в другие отделения цеха или в другой цех (например, термический), применяют П-образные линии. Такие линии эффективны и в том случае, если склад заготовок и склад готовых деталей находятся в одном конце пролета. При обслуживании пролета мостовым краном, охваты­вающим несколько рядов оборудования, применяют П-, U- и S-образные линии.

В этом случае обеспечивается наилучшее использование крана при минимальном перемещении предметов труда.

Однако в ряде случаев при выборе формы поточной линии решающее значение имеет удобство многостаночного обслуживания. Для этого широ­ко используются различные разновидности П- или U-образных линий (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Многостаночное обслуживание при U-образном размещении оборудования на поточной линии (цифры в прямоугольниках — номера станков, в кружках — номера станков, обслуживаемых одним рабочим): а, в — по типу треугольника,

б — по типу прямоугольника

В поточном производстве особенно большое значение приобретает выбор средств межоперационного транспорта. Он должен обеспечить бесперебойную работу потока, ритмичность выпуска, временное хранение межоперационных (внутрилинейных) заделов, быть простым, надежным в работе, дешевым в изготовлении и эксплуатации. Применяемые в поточном производстве транспортные средства можно разделить на три группы: приводные средства непрерывного или пульсирующего действия; бесприводные; оборудование периодического действия (мостовые краны, мото- и электрокары и т.п.).

Приводные средства и непрерывного, и пульсирующего действия (конвейеры) наиболее полно отвечают требованиям непрерывно-поточного производства. Они перемещают грузы непрерывным потоком по определенной трассе. В поточном производстве применяются ленточные, пластинчатые, цепные, скребковые, роликовые, подвесные, тележечные, круговые, винтовые (шнеки) и шагающие (возвратно-поступательные) Подвесные конвейеры имеют то преимущество, что не занимают производственных площадей и легко допускают «перелом» направления грузопотока по горизонтали и вертикали. Последнее имеет важное значение при междуэтажной передаче предметов и хранении заделов над рабочими местами без занятия для этого площадей.

Бесприводные средства транспорта основаны на гравитационном принципе и широко применяются как на непрерывных, так и на пре­рывно-поточных линиях. К ним относятся бесприводные рольганги, наклонные и винтовые спуски, скаты, склизы, лотки, желоба и др. Они просты по устройству, компактны, дешевы в изготовлении и обслуживании. Бесприводные средства работают либо как самостоятельные устройства, либо в виде дополнительных устройств, например лотков, подающих детали с конвейера на рабочее место и наоборот.В непрерывно-поточном производстве применяются рабочие и рас­пределительные конвейеры.

Рабочий конвейер представляет собой систему рабочих мест, на кото­рых технологические операции выполняются в процессе перемещения предметов труда без снятия их с конвейера (рис. 5.5, ж). Применяются такие конвейеры в основном при сборке, окраске, отделке крупных узлов, агрегатов и машин при больших программах выпуска, а также в литейном производстве при заливке металла и остывании отливок, при нагреве и термической обработке.

Распределительные конвейеры служат лишь для перемещения предметов труда от одного рабочего места к другому. Для выполнения операции предмет снимается с конвейера, куда снова помещается после обра­ботки. Применяются распределительные конвейеры на сборке мелких изделий (приборов, часов, фотоаппаратов и др.), а также на линиях механической обработки деталей. Если на операции задействовано несколько одинаковых рабочих мест, возника­ет задача правильного адресования деталей по каждому из них. Это достигается путем разметки конвейера на отдельные части, каждая из которых направляет (адресует) предмет труда определенному рабочему месту, благодаря чему обеспечивается равномерная загрузка рабочих мест, поддерживается на высоком уровне производственная дисциплина и организованность, поскольку сразу видно, на каком месте задержано выполнение операции.

Разметка конвейера может быть цифровой, цветовой и комбинированной (цвето-цифровой). Количество повторяющихся разметочных знаков называют периодом конвейера. Чем меньше период конвейера, тем легче запоминаются

разметочные знаки, проще адресование и легче контроль за работой линии. Поэтому период конвейера определяется как наименьшее кратное из числа рабочих мест на отдельных операциях.

Применение цветовой разметки в дополнение к цифровой способствует резкому уменьшению периода конвейера, особенно в том случае, когда она используется для наибольшего нечетного числа рабочих мест.

Разметка конвейеров производится различными способами. На ленточных конвейерах наносят деления (шаг), внутри которых проставляют числа периода, или окрашивают эти деления (при комбинированной разметке) в разные цвета, на подвесных — прикрепляют флажки с обозначением цвета и цифры. Примеры разметки приведены на рис. 5.7.

Каждый разметочный знак закрепляется за определенным рабочим местом. Пример закрепления разметочных знаков при различных способах разметки приведен в табл. 5.1, из которой хорошо видно преимущество комбинированной разметки.

Рис. 5.7. Разметка распределительного конвейера (цифры в кружке—номера рабочих мест): а — ленточного (I — цифровая; II — комбинированная); б — подвесного (цифровая)

При подходе находящейся на конвейере детали к рабочему месту с закрепленным за ним знаком рабочий должен снять ее и взамен поместить другую (обработанную).

Предметы труда размещаются на конвейере на определенном расстоянии друг от друга, называемом шагом конвейера. Он зависит от габаритов изделия и рабочих мест. При однорядном расположении рабочих мест шаг конвейера равен расстоянию между их центрами, при двухрядном — половине этого расстояния. Длина непосредственно рабочей части конвейера (L)

L = lm_прин [м], (5.1)

где l — шаг конвейера, м; m_прин — количество рабочих мест на линии, включая резервные.

Полная длина конвейера

L_полн = lАк_п.п [м],

где А — период конвейера; к_п.п — количество повторений периода на общей длине конвейера (целое число).

Скорость движения конвейера

v = 1/r [м/мин]. (5.2)

На предприятиях применяют скорости от 0,1 до 2 м/мин. Наиболее удобной является скорость 0,2-0,5 м/мин. Для уменьшения расчетной скорости осуществляют подачу деталей транспортными партиями или уменьшают шаг конвейера в кратное число раз до величины

,[м],

где l_кор — скорректированный шаг конвейера; v_прин — принятая скорость конвейера.

При неизменном шаге l размер передаточной партии (р)

p = v/v_прин = i,

где i — целое число.

Следует заметить, что любые методы уменьшения скорости конвейера пропорционально увеличивают транспортный задел на линии.

Однопредметные прерывно-поточные линии (линии со свободным ритмом) применяются в тех случаях, когда длительности опе­раций технологического процесса различны и это различие не удается свести к минимуму путем синхронизации, а также когда не представляется возможным организовать параллельное многостаночное обслуживание недогруженных рабочих мест. Кроме того, такие линии применяются, если осуществляются мероприятия по устранению негативных социальных последствий непрерывного потока со строгим ритмом, обусловленным применением ручного труда (см. § 5.3).

Движение предметов труда на таких линиях осуществляется парал­лельно-последовательно. На каждой операции обработка определенного количества деталей происходит непрерывно, а на следующие рабочие места они подаются передаточными партиями или поштучно с помощью бесприводных транспортных средств. По окончании обработки определенного количества деталей на короткой операции рабочий пе­реходит на другую. При этом перед более продолжительной операцией происходит накопление заделов. Оно происходит и в том случае, если один рабочий последовательно выполняет две и более смежные операции. Время, в течение которого повторяется изготовление определенного количества деталей и осуществляется последовательное обслуживание рабочих мест на недогруженных операциях, называют периодом обслуживания (оборота) линии (T_обс).

Основные параметры и показатели прерывно-поточных линий (такт потока, количество рабочих мест, их загрузка, число операторов и др.) определяются так же, как в непрерывно-поточном производстве. Однако численность рабочих на последовательно обслуживаемых рабочих местах принимается по фактической их загрузке. Так, если на одной операции расчетное количество рабочих составляет 1,36, а на другой — 1,6, то на двух операциях принимается не четыре оператора (по числу станков), а лишь три: на одной операции — один, на другой — двое рабочих, один из которых обслуживает недогруженные станки на обеих операциях с загрузкой на 96 %.

Период обслуживания линии — важнейший параметр, определяющий регламент работы и планировку линии, выбор транспортных средств, возможность загрузки рабочих и оборудования на внепоточных рабо­тах, величину заделов и другие показатели. Общим условием при опре­делении этого параметра является его кратность продолжительности смены, чтобы рабочие места обслуживались последовательно целое число раз в смену в течение смены, т.е. 1, 2, 4,... раза. Это создает орга­низационные удобства и облегчает контроль и учет работы, так как в смену будет обработано целое число партий деталей.

Период обслуживания определяет величину межоперационных за­делов на линии: чем он больше, тем больше заделы, обусловливающие рост стоимости незавершенного производства, увеличение площадей и затрат на хранение и т.д. Следовательно, чем более крупные и доро­гие детали изготавливаются на линии, тем меньше должен быть период обслуживания. Кроме того, необходимость уменьшения T_обс при изготовлении трудоемких, громоздких и дорогих деталей обусловлена сле­дующими обстоятельствами:

• при небольшой величине T_обс задел между операциями может храниться на межоперационных транспортных средствах (рольгангах, скатах, склизах), не требуя дополнительных площадей, что уменьшает затраты на перемещение деталей между операциями и затраты вспомо­гательного времени на поднятие и перемещение деталей до уровня установочных баз оборудования;

• при обработке крупных деталей длительность операций велика по сравнению с временем перехода от станка к станку, и к тому же значительную долю занимает машинное время; это создает возможность для параллельного обслуживания одним рабочим нескольких недогружен­ных рабочих мест, что намного уменьшает величину межоперационных заделов.

Таким образом, при небольшом периоде обслуживания в случае об­работки крупных трудоемких деталей линия будет более компактной, более механизированной, лучше организованной и управляемой.

Однако в случае, когда малозагруженное оборудование линии явля­ется дефицитным и возникает необходимость его дозагрузки обработкой других (внепоточных) деталей, малый период обслуживания неприем­лем, поскольку в каждый период потребуется две переналадки такого оборудования: одна для обработки поточных деталей, другая — непоточных.

При обработке мелких деталей малой трудоемкости поштучная пе­редача деталей и параллельное обслуживание рабочих мест неэффек­тивны, поскольку затраты времени на переход от станка к станку, а также на передачу деталей поштучно будут большими по сравнению с основным временем обработки. Поэтому межоперационная транс­портировка мелких деталей, как правило, производится в мерной таре более или менее крупными партиями р_тр, что к тому же облегчает их учет. Это удлиняет период обслуживания, который определяется по формуле Т_обс = rр_тр.

Планировка прерывно-поточных линий более свободная, чем непре­рывных. Они обладают большей гибкостью, так как применяемые бес­приводные транспортные средства допускают изменение направления грузопотока в любом месте. На рис. 5.10 показана планировка прерыв­но-поточной линии с последовательным и параллельным обслужива­нием (четыре станочника обслуживают пятнадцать станков), оснащенной бесприводными транспортными средствами.