Повод В.В., студ.; Пуховський Є.С., д.т.н., проф.

Київський політехнічний інститут, Україна

Проектування складу основного технологічного обладнання верстатих систем

Структури верстатних систем (ВС) прийнято розділяти на дві групи: виробничо-технологічні й організаційно-технічні. Перші, у свою чергу, діляться на технологічні й виробничі, другі – на функціональні, технічні, організаційні, алгоритмічні, програмні, інформаційні.

При проектуванні ВС можуть розглядатися завдання синтезу структур, тобто визначення складу відповідної структури залежно від цільової функції проектування й зворотні завдання аналізу, при вирішенні яких визначається вплив окремих параметрів на цільові функції оптимізації.

Вибір основного технологічного обладнання (ОТО) при проектуванні ВС є одним з найбільш складних питань. Відомі два принципових підходи для вирішення цього завдання. Перший заснований на аналізі відповідності технічних характеристик типових верстатів умовам різних виробництв, другий – на аналізі сукупності техніко-економічних показників.

До першого можна віднести метод експертних оцінок переваг і недоліків розглянутих варіантів.

В основі першого підходу до вибору верстата не відбиваються витрати суспільно необхідної праці для випуску продукції й не характеризується порівняльна економічна ефективність розглянутих варіантів складу обладнання.

В основу другого підходу закладаються об'єктивні методи вибору обладнання за оцінкою економічної ефективності від його застосування.

Оцінка технічної доцільності верстату зводиться до встановлення декількох можливих варіантів верстатів для виготовлення заданих деталей.

Аналіз організаційної доцільності полягає в оцінці можливості підготовки виробництва й виготовлення заданих деталей у необхідному обсязі й в заплановані строки, в оцінці тривалості виробничого циклу й можливості забезпечення безперервності й ритмічності роботи виробництва.

Аналіз економічної доцільності полягає у встановленні переваг і недоліків кожного варіанта обладнання з погляду економії суспільної праці.

Сукупність показників, якими оцінюється ВС, можна звести до трьох груп: вихідні показники; проектні показники і експлуатаційні показники.

На вибір структури ВС впливає цілий ряд часткових цільових функцій.

Загальні цільові функції виражаються через приведені витрати

З_п = (С_r + Е_нК_о) → min,

собівартість обробки

продуктивність обробки

Узагальнена цільова функція формується в такий спосіб:

Часткові цільові функції включають:

чисельність обслуговуючого персоналу

тривалість виробничого циклу

обсяг незавершеного виробництв

;

займану виробничу площу

металоємність виробів в обсязі річної програми

енергоємність обробки виробів

Тут прийняті наступні умовні позначення: Е_н – нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень; К_о – капітальні вкладення в обладнання, грн.; М_р – річні витрати на матеріали, грн.; – число видів матеріалів; З_р – заробітна плата основних і допоміжних робітників, грн.; – число категорій заробітної плати робітників; А_р – річні амортизаційні відрахування на відновлення основного й допоміжного обладнання, виробничих площ, на відновлення витрат по доставці, установці, монтажу й налагодженню обладнання, грн.; – число статей амортизації; Р_р – річні витрати на ремонт і технічне обслуговування, грн.; – число статей витрат; М_і – кількість реалізованих технологічних маршрутів по виробам і-го найменування; m – номер реалізованого технологічного маршруту; – період оперативного планування, год; – такт випуску виробу і-го найменування на останній позиції m-го маршруту, год; – імовірність появи виробів і-го найменування в m-му маршруті; - кратність періодів перспективного й оперативного планування ( > 1); l – число категорій обслуговуючого персоналу; n – номер категорії; – час зайнятості обслуговуючого персоналу в зміну за даною функцією; – відповідно номер і число функцій, виконуваних обслуговуючим персоналом даної категорії; Т – ефективний змінний фонд часу; – тривалість -го несуміщеного етапу виробничого циклу обробки виробу i-го найменування; Ф – число несуміщених етапів виробничого циклу обробки виробу і-го найменування; – середня кількість найменувань виробів, оброблюваних у зміну; і – номер найменування виробу; - число найменувань верстатів; – навантаження на верстат -го найменування при обробці виробу і-го найменування (відношення інтенсивностей вхідного й вихідного потоків заявок при експонентному розподілі тривалостей обслуговування); – середнє число виробів і-го найменування у тарі; – середня вартість обробки напівфабрикату і-го найменування, грн.; – площа, яка займається z-ю одиницею основного або допоміжного обладнання; z – загальне число одиниць основного або допоміжного обладнання; – річний обсяг випуску виробу і-го найменування, шт/рік; – маса заготовки виробу і-го найменування, кг; – кількість енергії, яка витрачається на повну обробку заготовки виробу і-го найменування, Дж; – число найменувань виробів, оброблюваних по m-му маршруту; – середня кількість тари з готовими виробами (у зміну), шт.

На підставі наведених загальних і часткових цільових функцій можна вивести узагальнену функцію оптимізації структури ВС, що має вигляд

,

де d, D – відповідно поточна і загальна кількість переустановок деталей на верстаті при виконанні обробки; – поточна й загальна кількість верстатів; К – кількість критеріїв оптимізації; – ваговий коефіцієнт k-го критерію оптимізації – значення k-го критерію оптимізації; – кількість верстатів у ВС; – предикат, = 1, якщо деталь обробляється на розглянутому верстаті; = 0, у противному випадку.

Аналіз проектних показників обладнання показує, що крім звичайних паспортних даних існують характеристики, обумовлені зовнішніми вимогами виробничої інфраструктури, що здійснюють істотний вплив на процес вибору обладнання.

Планово-організаційні властивості групи деталей визначають насамперед техніко-економічні дані ВС і, крім того, через динамічні властивості верстатів впливають на експлуатаційні показники ВС.

Структурно-компоновочні рішення ВС залежать від типу, матеріалу й габаритних розмірів деталі, а також від маршруту й часу її обробки.

Аналіз властивостей технологічного обладнання дозволяє при оцінці варіантів структур ВС робити перевірочні проектні процедури за однорідністю верстатного парку системи (ділянки, цеху, заводу).

На основі застосування методів евристичного прогнозування і експертних оцінок сформований узагальнений показник якості верстата на базі адитивності окремих параметрів якості:

,

де – ваговий коефіцієнт і-го часткового показника;

– нормуюча умова якості верстату в цілому.

Показники якості металорізальних верстатів у результаті експертної оцінки фахівцями ранжовані наступним чином: – продуктивність; – надійність; – точність; – вартість верстата; – час технічного обслуговування; – рівень автоматизації і можливість вбудовування верстата в автоматизовані системи; – ступінь уніфікації; – ергономічність; – серійність виробництва деталей; – здатність підвищення якості обробки; – можливість оптимального керування; – технологічні можливості.

Застосовуючи часткові і інтегровані показники якості металорізальних верстатів, можна на етапі оцінки організаційної доцільності вибору обладнання значно скоротити число розглянутих варіантів і наблизитися до одержання квазиоптимального рішення структури ВС.