УДК 621.9.06.

Пуховський Є.С., д.т.н.; Бецко Ю.М.

Національний технічний університет України «КПІ», Україна

ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ ГВС

Проектування структури гнучкої виробничої системи (ГВС) з точки зору вибору основного технологічного обладнання (ОТО), тобто верстатів – надзвичайно складна та відповідальна проблема.

Відомо два принципових підходи до розв’язання цього завдання [1,2]. Перший грунтується на аналізі відповідності технічних характеристик типових верстатів умовам різних виробництв, другий – на техніко-економічному аналізів результатів застосування конкретних моделей верстатів. В основі першого підходу до вибору верстата не відбиваються затрати суспільно необхідної праці для випуску продукції та не характеризується порівняльна економічна ефективність розглянутих варіантів обладнання. В процесі його використання велику роль відіграють досвід і кваліфікація технічного персоналу; отримані результати суб’єктивні, не дають повної та всебічної оцінки вибраного варіанта. В основу другого підходу закладаються об’єктивні методи вибору обладнання за результатами оцінювання техніко-економічної ефективності його призначення, отриманої шляхом комплексного техніко-економічного аналізу результатів використання верстата на виробництві. Такий аналіз містить вивчення технічної, організаційної та економічної доцільності використання того чи іншого варіанта обладнання.

Таким чином, застосування методу техніко-економічного аналізу при виборі складу та структури основного технологічного обладнання більш ефективне і доцільне.

Задачу вибору технологічного обладнання ГВС можна поділити на дві частини: вибір кількісного складу та типів обладнання [3]. У першому випадку необхідно за конкретним заданим набором обладнання вибрати оптимальний кількісний склад обладнання в кожній групі технологічного обладнання. У другому випадку для кожної операції ТП що розглядається треба вибрати із заданого набору обладнання, здатного виконати дану операцію, оптимальний тип обладнання за деякими критеріями для даного ТП.

Розглянемо методику визначення кількісного складу ОТО ГВС механообробки. В основу методики вибору оптимального складу обладнання гнучких автоматизованих технологічних систем для обробки корпусних деталей, розробленої в ЕНДІМВ, покладено такі положення.

1. Можливі кілька варіантів складу ОТО ГВС, придатних для виконання однієї технологічної задачі – виготовлення заданих замовником деталей P найменувань згідно з технічними умовами. Кожний з цих варіантів характеризується певним значенням ТЕП (продуктивністю, капіталовкладеннями, затратами на обробку та ін.).

2. Оптимальний варіант складу ОТО ГВС має вибиратись в результаті порівняння затрат і показників її функціонування за критерієм приведених затрат, який береться як цільова функція.

3. Вибір верстатних модулів простим перебиранням виключається через значну кількість варіантів. Тому алгоритм вибору оптимального складу основного обладнання ГВС має грунтуватись на принципах спрямованого пошуку.

Вихідною інформацією для спрямованого пошуку доцільно брати розподіл трудомісткостей за видами робіт, отриманий в результаті розробки та аналізу ТП виготовлення заданої замовником групи корпусних деталей. Відомим є також набір верстатних модулів для виконання свердлильно-фрезерно-розточувальних робіт. Вихідними даними для розв’язання завдання є, крім того, коефіцієнти відносної продуктивності верстатних модулів (тобто відношення продуктивності модуля що розглядається до продуктивності багатоопераційного верстата з ЧПК, який взято за базовий) та приведені затрати на рік їх роботи (середні чи отримані в результаті розрахунків варіантів ТП для заданої номенклатури деталей).

Нехай a, b, c, d, …– конкретні верстатні модулі, які можуть входити до складу ГВС; A₁, A₂, A₃,..., A_m – розподіл за видами робіт трудомісткості обробки (протягом року) заданої номенклатури з P найменувань деталей на модулях a (багатоопераційні верстати з ЧПК – базовий варіант), B₁, B₂, B₃,..., B_m – те саме на модулях b і т.д. Тоді вихідна матриця трудомісткості обробки деталей має вигляд

,

(1)

Трудомісткість робіт на різних модулях визначається в результаті ділення трудомісткості робіт певного виду за базовим варіантом на відносну продуктивність даного модуля при виконанні робіт того самого виду. Якщо роботи і-го виду на якомусь модулі не виконуються, їх трудомісткість дорівнює нулю.

Число модулів, необхідних для виконання заданого обсягу робіт,

(2)

де – фонд штучного часу роботи відповідного модуля; ; – дійсний річний фонд часу роботи модуля; – коефіцієнт технічного використання модуля.

В результаті отримується матриця, яка визначає число модулів для виконання необхідних робіт:

,

(3)

(число модулів у загальному випадку виражається нецілими числами).

Помноживши кожний стовпець матриці (3) на приведені затрати що приходяться на рік роботи відповідних модулів, отримаємо матрицю, яка характеризує приведені затрати і затрати при обробці заданої номенклатури деталей на повністю завантаженому обладнанні:

,

(4)

За матрицею (4) для кожного виду робіт вибирають орієнтовний склад ОТО ГВС (що характеризується мінімальними приведеними затратами) у вигляді нецілого числа повністю завантажених модулів.

Щоб отримати шуканий оптимальний склад, необхідно побудувати ще ряд матриць. Матриця верстатних модулів з надлишковими виробничими можливостями має вигляд

,

(5)

де і т.д., ,… – ціла частина чисел ,…

Ця матриця містить цілі числа модулів різних типів, які можуть виконати заданий обсяг робіт з коефіцієнтами завантаження

(6)

Надлишкові виробничі можливості (недовантаження)

(7)

Матриця надлишкових виробничих можливостей має вигляд

,

(8)

Матриця верстатних модулів з недостатніми виробничими можливостями має вигляд

,

(9)

де і т.д.

Матриця недостатніх виробничих можливостей (перевантажень) має вигляд, аналогічний матриці (8), а матриця перевантаження має вигляд

(10)

Щоб виконати обсяг робіт, які неможливо реалізувати на обладнанні, відібраному за допомогою матриці (9), необхідно або додати ще один модуль відповідного типу, або перенести даний обсяг робіт на інший недовантажений модуль, обробка на якому виконується з меншими приведеними затратами. У першому випадку зменшується коефіцієнт завантаження, у другому необхідно врахувати такі обставини.

1. Переносити частину робіт можна тільки на ті модулі, які можуть виконати дані роботи, але тільки за умови збільшення коефіцієнта завантаження.

2. При перенесенні частини робіт з одного модуля на інший треба враховувати відносну продуктивність останнього.

3. Залишок коефіцієнта завантаження у межах 5% округлюють до найближчого цілого, оскільки перевантаження можна легко компенсувати підвищенням режимів різання.

Матрицю (9) можна використовувати для формування варіанта складу ОТО ГВС, на якому виконується основна частина робіт з мінімальними приведеними затратами. Якщо до даного набору повністю завантажених модулів додати найдешевший варіант доробки, то отриманий склад обладнання забезпечить виконання всього обсягу робіт при мінімальних приведених затратах. Проте коефіцієнт завантаження модулів буде максимальним тільки тоді, коли всі доробки виконуються на багатоопераційних верстатах, що мають найбільшу універсальність. Цей варіант має також ту перевагу, що створює резерв виробничих можливостей за всіма видами робіт, необхідний для раціонального диспетчирування. Проте при цьому приведені затрати не будуть мінімальними.

Список літератури:

1. Гибкие производственные комплексы / В.А. Лещенко, В.М. Киселев, Д.А. Куприянов и др. Под ред. П.Н. Белянина, В.А. Лещенко. –М.: Машиностроение. 1984. –384 с.

2. Лищинский Л.Ю. Структурный и параметрический синтез гибких производственных систем. –М.: Машиностроение. 1990. –312 с.

3. Станочное оборудование ГПС / Е.С. Пуховский, А.Б. Кукарин, И.В. Вовченко, Г.С. Грачев; Под ред. Е.С. Пуховского. –К.: Тэхника, 1990. – 76с.