Оценка полезности вариантов резервирования станков в многостаночных технологических системах

В современных социально-экономических условиях развития России возрастают число и разнообразие факторов риска, ухудшающих условия стабильной работы промышленных предприятий. Поэтому задача снижения рисков приобретает все большую роль и становится одним из важнейших условий обеспечения экономической безопасности предприятий [45]. Как стратегические планы предприятий, так и технологические проектные решения реализуются в условиях неоднозначности протекания реальных социально-экономических процессов, разнообразия способов и вариантов превращения возможностей в действительность, многообразия возможных состояний и ситуаций реализации управленческих и проектных решений, в которых в будущем может оказаться технологическая система предприятия. Практически в момент принятия управленческих и технологических проектных решений невозможно получить точные и полные знания об отдаленной во времени среде реализации решений, обо всех действующих или потенциально возможных внутренних и внешних по отношению к технологической системе предприятия факторах. Причем внутренние факторы обусловлены, в основном, вероятностной сущностью производственного процесса [27].

Снижение рисков, обусловленных вероятностной сущностью производственного процесса, и повышение ритмичности и стабильности производственного процесса, достигаются, в основном, за счет привлечения дополнительных технологических ресурсов. Поэтому одним из методов разрешения стохастической неопределенности производственного процесса изготовления машин является резервирование. Суть резервирования состоит в том, что количество технологических ресурсов, необходимое для решения какой либо производственной задачи, берется выше, чем это минимально необходимо.

Это позволяет компенсировать случайные потери, снизить риск невыполнения обязательств перед заказчиком, что в условиях рыночной экономики становится первостепенным для успешной работы предприятия. Именно поэтому экономические категории все шире применяются в повседневной производственной практике не только на высших уровнях руководства предприятиями, но и непосредственно при разработке технико-технологических решений.

В настоящее время на многих предприятиях металлобработки эксплуатируются многостаночные автоматизированные технологические комплексы для механической обработки деталей резанием (рис. В.1), в том числе, автоматические линии. В них часто предусматривают резервные позиции, необходимые для их модернизации или для обеспечения гибкости [59]. Важнейшей структурной единицей таких комплексов являются участки из параллельно работающих станков, предназначенные для выполнения одной операции технологического процесса. Ряд задач рациональной эксплуатации таких систем возникает в связи с колебанием потребительского спроса на продукцию предприятий. Например, на рис. В.2 представлено изменение количества выпускаемых радиаторов отопительных радиаторов в ОАО «Сантехлит» (п. Любохна Брянской области), составляющих значительную часть в общем объеме выпускаемой предприятием продукции (рис. В. З). Как видно периоды высокого потребительского спроса и соответственно высокой загрузки производственных мощностей сменяются периодами низкого спроса и низкой загрузки производственных мощностей. В качестве реакции на колебания потребительского спроса при его снижении часть станков как правило резервируются с целью проведения ремонтов или профилактического обслуживания. Точно также часть станков может выводиться из эксплуатации с целью их поочередной переналадки на выпуск новой продукции.

0© Рис. В.1. Планировка производства отопительных радиаторов в ОАО «Сантехлит» .

В периоды повышения потребительского спроса часть или все зарезервированные станки вводятся в эксплуатацию и (или) увеличивается численность производственного персонала (рис. В.4).

И в том и другом случаях производственному персоналу приходится решать вопрос о рациональном использовании имеющихся технологических ресурсов в сложившейся производственной ситуации. Если первом случае речь идет о рациональном использовании резервоввысвободившихся производственных мощностей, то во втором случае — о максимальной мобилизации производственных мощностей.

Таким образом, решения о резервировании части станков многостаночных технологических систем являются характерной чертой повседневной производственной практики. Принятие таких решений связано с необходимостью оценки их последствий для выполнения установленных производственных заданий.

В каждом случае принятия решения о резервировании необходимо разрабатывать комплекс технико-технологических решений, руководствуясь определенными критериями. Такого рода решения принимаются, как правило, на основе нормативов или производственного опыта. Однако наиболее естественным и хорошо знакомым любому участнику производственного процесса критерием является риск невыполнения установленного производственного задания, предусматривающего выпуск определенного количества годной продукции в указанный срок. Причем любой опытный производственник эти решения принимает, руководствуясь зачастую подсознательными, интуитивными представлениями о риске невыполнения установленного производственного задания. В реальном условиях производственный персонал оперирует категорией риска, как правило, подсознательно, руководствуясь своим профессиональным опытом и чутьем. Именно исходя из соображений минимизации риска определяются варианты использования имеющихся резервов. Какие либо рекомендации или методики количественной оценки такого риска в настоящее время не разработаны. Производственный персонал также не имеет возможность получить количественную оценку степени влияния различных вариантов резервирования на риск невыполнения установленных производственных заданий. В результате на стохастическую неопределенность производственного процесса, обусловленную случайными отказами оборудования и режущего инструмента накладывается эпистемологическая неопределенность, обусловленная субъективностью оценок и суждений производственного персонала.

Поэтому задача формализации оценки решений по резервированию технологических ресурсов, нацеленная на повышение объективности этих оценок, является в настоящее время актуальной задачей.

I 1900 I 1700 I.

I ч.

I 3 1500.

1 1300 о" са.

Б 1100 ф У с 900 о.

700 500.

1 кв 2 кв 3 кв 4 кв 1 кв 2 кв 3 кв 4 кв 1 кв 1998 1998 1998 1998 1999 1999 1999 1999 2000.

Годы.

Рис. В.2. Объемы выпуска радиаторов.

Оценка полезности решений [55] по резервированию нуждается в количественной оценке этих решений. В производственной практике такая оценка осуществляется, как правило, на основе нормативных подходов или на основе личного профессионального опыта участников производственного процесса. Поэтому задача научно-обоснованных методов решения этой задачи в настоящее время является весьма актуальной с точки зрения производственной практики. В связи с этим в данной работе предлагается методика количественной оценки эффективности различных вариантов резервирования станков, ориентированная на использование в реальных производственных условиях. При этом предполагается, что работа станочной системы с учетом ее структурных и организационных особенностей моделируется на ЭВМ, а по результатам моделирования делаются соответствующие выводы относительно целесообразности принятия того или иного проектного или организационного решения.

В первой главе рассматриваются существующие методы резервирования [2, 3, 4, 28, 54] и исследуются возможности их применения в технологии машиностроения. На основе этого анализа формируются требования к математической модели резервированной станочной системы.

Во второй главе приводятся теоретические исследования резервированной станочной системы и разрабатывается ее математическая модель. При этом инструментальная наладка рассматривается как отдельная структурная единица станочного модуля. Разработана система показателей работы участка станков, построенная на основе категории экономический риск.

Третья глава посвящена статистическому моделированию резервированного станочного участка. Описывается алгоритм моделирования работы участка с резервом и рассматривается его применение в случаях ненагруженного, нагруженного и облегченного резервирования. Разработан граф состояний станочного модуля при работе его в составе участка с резервными станками.

В четвертой главе производится анализ и оптимизация резервирования на примере станочного участка обработки ниппелей отопительных батарей в условиях предприятия ОАО «Сантехлит» (п. Любохна Брянской области). Рассмотрены все основные варианты резервирования и разработаны практические рекомендации по организации резервирования станочного оборудования участка.

В заключении обсуждаются итоги работы и формулируются общие выводы по диссертации.

Научная новизна результатов исследования заключается в разработке математической модели, идентифицирующей состояния станков, находящихся в состоянии резерва, раскрывающей взаимосвязь между оценками риска решений по резервированию станков в многостаночных технологических системах, характеристиками стохастической неопределенности периодов безотказной работы и времени восстановления оборудования и режущих инструментов, параметрами режима резания, организацией эксплуатационного обслуживания.

Научные результаты исследования были представлены на Первой международной электронной конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении» (г. Тула, 2000 г.) и на IV международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика (КТИ-2000)» (г. Москва, 2000 г).

Автор выражает благодарность ученым Тульского государственного университета д.т.н., профессору Иноземцеву А. Н. за научные консультации при подготовке теоретической части, д.т.н., доценту АнцевуВ.Ю. за методическую помощь при практической реализации результатов диссертационной работы и другим сотрудникам кафедры «Автоматизированные станочные системы» Тульского государственного университета за помощь, поддержку, полезные замечания и предложения, высказанные в ходе обсуждения диссертационной работы, а также сотрудникам ОАО «Сантехлит» (пос. Любохна Брянской обл.) за помощь в практической реализации результатов исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. В результате анализа и обобщения производственного опыта многостаночных технологических систем для обработки резанием установлено, что практика принятия решений о структурном резервировании на основе детерминированных моделей и нормативов не отражает представлений участников производственного процесса о возможностях снижения риска невыполнения производственных заданий за счет структурного резервирования, отсутствуют количественные модели, отражающие оценки риска в зависимости от характеристик структурного резервирования.

2. Разработана математическая модель технологической системы из параллельно работающих станков с многостаночным обслуживанием на основе графа, идентифицирующего состояния станочного модуля и возможные переходы между ними при работе в составе участка с резервными станками. Отличительная особенность предлагаемой модели заключается в том, что она идентифицирует состояния станочного модуля, находящегося в ненагруженном или облегченном резерве.

3. Обоснована целесообразность использования возможности изменения режимов резания на станках технологической системы для реализации облегченного резервирования. Разработаны зависимости показателей эффективности функционирования станочной системы с облегченным резервом от параметров режимов резания основных и резервных станков.

4. Разработанная математическая модель станочной системы с ненагруженным, нагруженным и облегченным структурным резервированием предусматривает статистическое моделирование на ПЭВМ периодов безотказной работы станка и режущих инструментов по закону Вейбулла-Гнеденко, а времен их восстановления — по закону гамма-распределения.

5. Разработана система показателей для оценки полезности вариантов структурного резервирования, отражающая соответствующий реальным условиям эксплуатации станочных систем факт случайного разброса периодов безотказной работы и времени восстановления структурных элементов системы, времени выполнения производственного задания, наработки за плановый период, и, как следствие, наличие риска невыполнения производственного задания и экономической оценки этого риска.

6. В целях практической реализации результатов работы выполнены исследования вариантов ненагруженного и облегченного резервирования на участке нарезания резьбы ниппелей в производстве отопительных радиаторов ОАО «Сантехлит» с использованием статистических оценок характеристик надежности оборудования, полученных по результатам выполненных эксплуатационных исследований.

7. Получены примеры количественных зависимостей, раскрывающих влияние ненагруженного и облегченного резервирования на показатели эффективности функционирования станочной системы: средней наработки за сменуриска невыполнения сменного заданиякоэффициентов готовности и использования основных станковгарантированной наработки при заданной вероятности гарантиикоэффициентов занятости наладчиковраспределения наработки за смену и др. Показана возможность получения количественной зависимости риска невыполнения производственного задания от количества станков ненагруженного резерва. Установлено, что облегченное резервирование дает дополнительные возможности повышения эффективности функционирования станочной системы, обусловленное снижением количества отказов режущих инструментов и инструментальных затрат.

8. Разработана инженерная методика и её программное обеспечение, позволяющие оптимизировать режим резервирования в зависимости от.

116 планового задания, планового периода, допустимого риска невыполнения задания с учетом надежности и ремонтопригодности оборудования и инструмента. Возможности применения методики раскрыты на примере участка для обработки ниппелей в условиях производства отопительных радиаторов ОАО «Сантехлит». Показано, что выбор оптимального варианта резервирования позволяет снизить инструментальные затраты более чем в три раза.