§ 66. Эффективность функционирования автоматических

ЛИНИЙ

Затраты на обработку. Они зависят от уровня механизации и автоматизации, концентрации операций и объема производства.

Рассмотрим следующие варианты участков, на которых выпол­няется последовательно t операций на разных станках:

1) станки без механизированной загрузки и разгрузки, число рабочих на каждом станке r = 2; 2) станки с механизированной за­грузкой и разгрузкой, каждый станок обслуживает один человек;

Рис. 138. Схема автоматических линий:

а—г — прямолинейные; д — Ш-образная; е — Г, ж — Z-образная: з — Н-образная; и — П-образная; к, л — У-образная; разветвленная; 1 — загрузчик; 2, 4 — конвейеры; 3 — проходной станок; 5 — ускорительный конвейер; 6 — укладчик; 7 — позиционный станок; 8 — разворотное устройство; 9 — накопитель; 10 — проходной поперечный ста­нок; 11 — станок с верхним (нижним) расположением обрабатывающего органа; 12 — кантователь; 13 — механизм съема и выдачи заготовок; 14 — вынесенный конвейер; 15, 16 — угловые перекладчики; 17 — сборочный станок; 18 — распределитель потока; 19 — станки с малой производительностью

3) то же, но с многостаночным обслуживанием, два станка обслу­живает один рабочий; 4) операции выполняются последовательно на двух линиях с одинаковым числом основных станков, число ра­бочих на линии t_{л i}/(2 + 1), где t_{л i} —общее число в i-й линии ос­новных станков и околостаночных механизмов или t_i + 2, t_i — число основных станков в линии; 5) все операции выполняются на одной линии, число рабочих на линии t_л/(2 + 1) или t + 2.

Сделаем допущения. На каждом основном станке одинаковы в денежном выражении: расход материалов, инструмента, электро­энергии на единицу продукции; затраты в единицу времени на тех­ническое обслуживание, амортизационные отчисления, зарплата одного рабочего; производительность. Перечисленные допущения упростят расчеты, так как позволят перейти от суммирования боль­шого количества чисел к произведению величины затрат (по каж­дому виду) на число станков. Расходы на электроэнергию, техни­ческое обслуживание и амортизационные отчисления (стоимость и производственная площадь) по основным станкам и вспомога­тельным механизмам равные. Используя формулы (30) — (32) с учетом сделанных допущений и условий, напишем выражения для определения себестоимости обработки единицы продукции на участке по вариантам участков

где t — число основных операций на участке; f_r — функция, опре­деляющая общее число станков и механизмов на участке в зависи­мости от r-го варианта; f₁=m₁t — для участка, состоящего из немеханизированных станков; f₂ = 3 m₁t — для участка из стан­ков, оснащенных механизмами загрузки и выгрузки; f₃ =

где j — число станков и других агрегатов в линии.

Тогда

Обозначим

= (2t_i+ 1) m_i — для участка из автоматических линий (i — число линий на участке, t_i — число основных станков i-й линии); m₁= [Q/П] + 1 — число станков t-го вида на участке (по усло­вию техническая производительность станков П₁ = П₂ = . . . = = П_t = П); m_i = [(Q/П) _i] + 1 — число линий i-гo вида на участке, _i— соотношения производительности станков и линий в зависимости от числа станков, входящих в линию (определяется по формуле (103)); — функция, определяющая число рабочих, на линии ( = r₁m₁t— для станков вне линии; = m_i — для линий, где r₁ —число рабочих, обслужи­вающих станок); П' — производительность оборудования (П'₁ = П — при оснащении участка станками, работающими индивидуально, П' = П/ _i — для оснащения участка автоматическими линиями с равным числом станков).

Для определения значения сделаем анализ изменения произ­водительности станков при включении их в линию.

Производительность (номинальная) автоматических линий

(сложного оператора) будет равна П_нА =Н_{н j}, при П_н1 > П_н2 >

> . . . > П_{н j}, т. е. наименьшей производительности j-го оператора (загрузчика, станка, транспортно-ориентирующего механизма), из которых состоит линия. Для повышения производительности в ли­нию на параллельную работу включают два или более лимитирую­щих (наименее производительных) агрегатов. При этом П_нА = = П_{н (j-1)} и так далее.

Если известно время простоев для каждого из операторов при их совместной работе в составе автоматической линии, коэффициент использования линии может быть найден следующим образом. Время _р= _р. _а+ _р. _о, где _р. _а— время аварийных ремонтов, _р. _о—время технического обслуживания. Аварийная остановка любого станка в линии приведет к остановке всей линии, следова­тельно, _р. _а = _j Техническое обслуживание всех агрегатов линии ведется одновременно. Но обслужить линию сложнее, чем самый сложный станок, входящий в ее состав, поэтому _р. _о> _р. _{о l}, где l — самый сложный станок в линии. Анализ данных по техни­ческому обслуживанию деревообрабатывающего оборудования по­зволяет сделать вывод о том, что ориентировочно для линий, со­стоящих из 2—3 станков и вспомогательных механизмов, можно принять _р. _о = 0,5 _j. Настройка станков в линии ведется параллельно, и в зависимости от числа рабочих время настройки линии будет _н — 1,25 _{н j}, где _{н 1}< _{н 2}<. . .< _{н j}. Время разворачивания и завершения процесса на линии будет

На основании статистики в среднем для большого числа дерево­обрабатывающих станков _{р. а}= 0,1, _р. _о = 0,4; _Н = 0,35; ₃ = = 0,05; ₀ = 0,1. Разделив и умножив правую часть равенства

равно ₃ = , а потери времени по организационным причинам можно считать одинаковыми как для всей линии, так и для любого отдельного станка ₀ = _{0 j}. Допустим, что по каждой из причин любой из станков (операторов), входящих в состав линии, имеет одинаковые потери времени:

(102) на _п и подставив соответствующие числовые значения, по­лучим

зочными механизмами:

Тогда соотношение технических производительностей станков, работающих вне линии и в составе ее при условии равенства но­минальной производительности станков и линии, будет

где К = _п /Т — коэффициент потерь рабочего времени за период эксплуатации Т.

Введем некоторые числовые значения. Пусть М = 0,02 р/ед, И = 0,001 р/ед, Э = 0,002 р/ед, А = 1 р/ч; Р = 0,4 р/ч. З = = 0,9 р/ч, П = 300 ед/ч, К _n = 0,2, t_i = t/2.

Переменные t = 6, 8, 10 шт. и Q=200 600 ед/ч; Q=50 ед/ч.

Подставив значения постоянных в (101), получим для 1—5 ва­риантов соответственно:

Результаты расчетов по формулам, приведенным выше, даны в табл. 13.

Данные о затратах на изготовление единицы продукции показы­вают, какой из вариантов оснащения участка (станками или авто­матическими линиями с различной концентрацией операций) лучше в экономическом отношении. Но для определения оптимальности варианта для конкретных условий производства необходимо вы­полнение ряда ограничений (см. главу 7). Выполнение важней­шего из них П_r >Q_r предусмотрено алгоритмом выбора числа стан­ков линий т_i при расчете себестоимости обработки единицы про­дукции. Мы не будем рассматривать все многообразие ограниче­ний, остановимся только на наиболее важных — производственной площади и съеме продукции с единицы площади. Рассчитаем эти показатели.

Производственная площадь участка при производственной пло­щади занимаемой каждым основным станком и вспомогательным механизмом S = 6 м² и при условии, что S_n = 2S для станков с немеханизированной загрузкой и разгрузкой и S_n = S для авто­матических линий и станков, оснащенных загрузочными и разгру-

Производственная площадь как ограничение выступает в случае, когда требуется определить возможность размещения оборудова­ния по анализируемому варианту на S_пр — производственной площади конкретного предприятия.

При проектировании и сравнительной оценке вариантов автома­тических линий более четким является ограничение по нормируе­мому съему продукции с единицы производственной площади.

Съем продукции с единицы производственной площади в стои­мостном выражении при условии, что на всех участках производства создается одинаковая стоимость и все участки имеют одинаковую площадь, равен

где Ц_Q — стоимость (оптовая цена) единицы продукции: S_r — производственная площадь по r-му варианту, рассчитывается по формулам (104); Q — нормативный съем продукции с единицы про­изводственной площади; n — число участков, из которого состоит производство; Т = 4160 ч — годовой фонд времени.

10. ЧИСЛО ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПОТОКОВ (ЛИНИЙ), шт.

Объем производства, ед/ч Вари- Число ант станков 200 250 300 350 400 450 500 550 600 1 6 1112 2 2 2 2 2 8 1112 2 2 2 2 2 10 1112 2 2 2 2 2 2;3 6 112222223 8 112222223 10 112222223 4 6 112222333 8 122222333 10 122222333 5 6 122223333 8 222233344 10 222334445

11. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПЛОЩАДЬ, ЗАНИМАЕМАЯ ОБОРУДОВАНИЕМ, ы²

Вари­ант	Число станков	200	250	300	350	400	Объем производства. ед/ч 450 500 550			600
1	6 8 10	252 336 420	252-336 420	252 336 420	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840
2; 3	6 8 10	252 336 420	252 336 420	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840	504 672 840	756 1002 1260
4	6 8 10	180 228 276	180 456 552	360 456 552	360 456 552	360 456 552	360 456 552	360 684 828	540 684 828	540 684 828
5	6 8 10	122 312 390	244 312 390	244 312 585	244 312 585	244 477 585	362 477 780	362 477 780	362 636 780	362 636 975

12. СЪЕМ ПРОДУКЦИИ С ЕДИНИЦЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПЛОЩАДИ, р/м² В ГОД

Вари­ант	Число станков	200	250	300	Объем производства, ед/ч 350 400 450 500				550	600
1	6 8 10	3300 2476 1980	4126 3095 2476	4952 3714 2971	2888 2166 1733	3301 2476 1980	3714 2785 2228	4126 3095 2475	4539 3404 2723	4952 3714 2971
2; 3	6 8 10	3300 2476 1980	4126 3095 2476	2476 1857 1485	2888 2160 1733	3301 2476 1980	3714 2785 2228	4126 3095 2475	4539 3404 2723	3301 2491 1980
4	6 8 10	4622 3649 3014	5777 2280 1850	3466 2736 2260	4044 3192 2637	4622 3649 3014	5200 4105 3391	5777 3040 2512	4237 3345 2763	4622 3649 3014
5	6 8 10	6819 2665 2133	4262 3333 2666	5114 4000 2133	5967 4666 2488	6819 3488 2844	5171 3924 2400	5745 4360 2665	6320 3597 2933	6895 3924 2560

Сделаем расчеты по формулам (104), (105), приняв Ц_Q = 1 р., тогда значение съема продукции получим [единицы продукции/м² производственной площади]. Результаты расчетов даны в табл. 11 и 12.

13. ЗАТРАТЫ (СЕБЕСТОИМОСТЬ) ОБРАБОТКИ ЕДИНИЦЫ ПРОДУКЦИИ

н X к о. л 03	(Я ц я « Со	Объем производства, ед/ч 200 250 300 350 400 450 500							550 600
1	6	0,23	0,21	0,20/0,28	0,26	0,25	0,23	0,22	0,22	0,21/0,26
	8	0,31	0,28	0,27/0,37	0,35	0,33	0,31	0,30.	0,29	0,28/0,34
	10	0,39	0,36	0,34/0,45	0,43	0,41	0,39	0,38	0,36	0,35/0,43
2	6	0,31	0,28	0,40	0,37	0,35	0,33	0,32	0,31	0,39
	8	0,42	0,38	0,54	0,50	0,47	0,44	0,43	0,41	0,53
	10	0,52	0,47	0,67	0,62	0,59	0,56	0,53	0,51	0,66
3	6	0,30	0,27	0,38	0,36	0,34	0,32	0,31	0,30	0,37
	8	0,40	0,36	0,51	0,48	0,45	0,43	0,41	0,40	0,50
	10	0,50	0,46	0,64	0,60	0,56	0,54	0,52	0,50	0,62
4	6	0,29	0,26	0,37	0,34	0,32	0,31	0,30	0,29	0,28
	8	0,38	0,52	0,48	0,44	0,42	0,40	0,38	0,37	0,36
	10	0,47	0,64	0,59	0,55	0,51	0,49	0,60	0,58	0,56
5	6	0,28	0,38	0,35	0,32	0,30	0,37	0,36	0,34	0,33
	8	0,56	0,50	0,45	0,42	0,52	0,49	0,47	0,54	0,52
	10	0,70	0,61	0,74	0,68	0,64	0,73	0,70	0,67	0,75

Анализ данных расчетов затрат, площадей и съема с единицы производственной площади позволяет сделать некоторые выводы общего характера. Оснащение оборудования механизмами для вы­полнения вспомогательных операций даже при многостаночном об­служивании менее эффективно по сравнению с применением авто­матических линий. Причиной этого является то, что автоматиза­ция отдельных станков требует значительно большего числа меха- низмов (загрузчики, разгрузчики, межстаночное транспортно-ори-ентирующее оборудование) и систем автоматики, а следовательно, и значительно больших капитальных затрат.

Концентрация операций дает положительный эффект. Но с ро­стом концентрации операций (увеличением числа станков, включае­мых в линию) понижается надежность, а следовательно, и произво­дительность комплекса. При определенных объемах производства более прогрессивное оборудование оказывается менее эффективным экономически, так как для выполнения производственной прог-граммы в этих случаях требуется число автоматических линий боль­шее, чем число потоков, составленных из тех же станков, что и ли­ния, но работающих индивидуально.

Очевидно, что для различных объемов производства оптимальным будет различный уровень автоматизации в концентрации операций. Но при одинаковом числе потоков (линий) преимущество во всех случаях на стороне автоматических линий с максимальной концен­трацией операций.

Чтобы автоматические линии с высоким уровнем концентрации операций были бы более экономически эффективными, необходимо следующее: устойчивые технологические процессы, не требующие частых вмешательств человека в управление ими; создание около­станочных механизмов с «очувствленными» рабочими органами,

полностью исключающих человека из процесса загрузки, транспор­тировки заготовок и укладки деталей. В настоящее время при на­личии автоматических загрузчиков и других механизмов человек освобожден от монотонного, тяжелого физического труда, но выпол­няет операции контроля и корректирования положения заготовок, контроля их качества и т. д.

Автоматические линии, особенно с высоким уровнем концентра­ции операций, целесообразно оснащать системами автоматики, со­кращающими внецикловые потери времени. Например, системами программного управления наладкой, контроля качества продукции, поиска неисправностей и др.

Надежность всего оборудования линий должна быть высокой настолько, чтобы исключить недопустимые потери производитель­ности.

Применение автоматических линий дает не только экономиче­ский, но и огромный социальный эффект (снижаются текучесть . кадров, уровень заболеваемости, исчезают негативные социальные явления, повышаются технологическая и трудовая дисциплина и т. д.) и приводит к лучшему использованию производственных площадей. Механизированные и автоматизированные модули (станки, оснащенные загрузочно-разгрузочным оборудованием) как по прямым эксплуатационным затратам, так и по использованию площадей менее эффективны. Они эффективны только для выпол­нения операций по обработке деталей с малым объемом выпуска.

Применение автоматических линий даже с учетом их меньшей в 1,5—2,0 раза производительности улучшает использование произ­водственных площадей. Причем оптимальный уровень концентра­ции операций зависит от объема производства.

Анализ данных табл. 11—13 позволяет сделать еще один очень важный вывод. Затраты на единицу продукции снижаются, а съем с единицы производственной площади повышается по мере сбли­жения объема производства и технических возможностей оборудо­вания (его производительности). Затем в критической точке П_т =Q необходимо увеличить на единицу число параллельных потоков. Это приводит к резкому ухудшению при некоторых объемах произ­водства технико-экономических показателей производства. Для заполнения этого «провала» необходимо более простое оборудова­ние с меньшими производительностью, энергоемкостью, габаритами и стоимостью. Автоматические линии должны строиться на базе новых, более интенсивных технологических процессов, чтобы иметь резерв на покрытие затрат, связанных с повышением уровня меха­низации и автоматизации производства.