Повышение эффективности механообрабатывающего производства на основе комплексного анализа технологических и организационных факторов

Современное машиностроительное производство характеризуется постоянным ростом требований к качеству продукции и усложнением задач по его обеспечению, повышением гибкости, т. е. смены номенклатуры выпускаемых изделий, что обуславливает необходимость сокращения сроков технологической подготовки производства. Производственные задачи усложняются, требования к качеству их решения возрастают, сроки решений сокращаются, возникает необходимость принятия эффективных решений в минимальные сроки.

Важнейшей проблемой, возникающей при разработке технологических процессов и при их реализации в производстве является выбор рационального технологического решения. При этом под технологическим решением понимается любое решение, принятое при технологической подготовке производства или при изготовлении продукции, относящееся непосредственно к определению или изменению состояния объекта производства и направленное на обеспечение выпуска продукции [44]. В основу разработки технологического процесса положены два принципа: технический и экономический. В соответствии с первым принципом проектируемый технологический процесс должен полностью обеспечивать выполнение требований рабочего чертежа и технических условий приемки изделия. Согласно второму принципу изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами энергетических и трудовых ресурсов, определяющих издержки производства.

Проектирование технологического процесса является многовариантной задачей. Для изготовления одной и той же детали или сборочной единицы могут быть спроектированы различные технологические процессы, отличающиеся технико-экономическими показателями, прежде всего производительностью и затратами на изготовление.

Технический и экономический принципы проектирования технологического процесса, отражая различные стороны изготовления машины, иногда находятся в диалектическом противоречии. Разрешение данного противоречия достигается за счет компромисса и решения задач оптимизации технологического процесса. Технический принцип должен соблюдаться всегда. Наиболее часто достигают компромисса между производительностью и затратами. При равной производительности сопоставляемых технологических процессов выбирают процесс, обеспечивающий минимум затрат. При равных затратах обычно выбирают технологический процесс, обеспечивающий большую производительность. При разных затратах и производительностях выбирают технологический процесс, обеспечивающий минимум затрат, при условии, что производительность всех сравниваемых вариантов не ниже заданной. При выпуске особо важной продукции или в экстремальных условиях на определенный период времени предпочтение отдают технологическому процессу, обеспечивающему большую производительность.

Оптимизацию можно выполнять на уровне операций, когда выбирают оптимальный метод обработки, структуру и параметры операции (последовательность переходов и режимы резания), и на уровне всего технологического процесса, когда определяют содержание его основных этапов, их порядок и взаимосвязь (структуру технологического процесса). В последнем случае оптимизация носит характер структурной оптимизации. Доказано, что структурная оптимизация эффективнее параметрической и позволяет получать более оптимальные решения. Например, эффективность операции обработки деталей на автоматизированном оборудовании во многом зависит от оптимальности состава и последовательности переходов и в меньшей степени от оптимизации режимов резания. Структурную оптимизацию осуществлять сложнее, чем параметрическую.

В настоящее время большинство научных исследований посвящено решению отдельных научных проблем, обеспечивающих эффективность производства и заданное качество продукции. К таким направлениям можно отнести:

— отработка конструкции деталей на технологичность;

— оптимизация режимов резания для обеспечения заданных требований к точности и параметрам качества поверхностного слоя;

— оптимизация структуры отдельной операции и маршрута обработки детали;

— обоснование производственной структуры в зависимости от заданных производственных условий выпуска изделий.

Условия рыночной экономики и острая конкуренция в производстве изделий машиностроения обуславливают переход от крупносерийного и массового производства к серийному, часто сменяемому производству, что требует более четко и комплексно подходить к решению технологических и организационных вопросов при проектировании технологических процессов и, в дальнейшем, к проектам производственных систем и организации их работы.

При этом, факторами при обосновании рациональности технологического решения являются:

— обеспечение заданных требований качества деталей, в том числе допусков на геометрические размеры, шероховатость поверхностей, специальные требования к качеству рабочих поверхностей детали;

— обеспечение заданной производительности, определяемой годовой потребностью деталей в соответствии с заданными сроками поставки деталей на сборку изделий;

— минимизация ресурсов, необходимых для изготовления детали с заданными характеристиками;

— минимизация производственного цикла изготовления деталейминимизация общих затрат на производство (технологическая себестоимость детали).

Целью работы является разработка методологии и рабочей методики комплексного решения технологических и организационных задач при разработке технологических процессов и проектов производственных систем машиностроительных производств для условий мелкосерийного производства.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Разработать математические модели для получения параметров, обеспечивающих выбор рациональных методов обработки и эффективность использования оборудования в составе производственной структуры.

2. Найти аналитические зависимости, определяющие эффективность использования оборудования в составе производственных структур для условий единичного и мелкосерийного производства.

3. Разработать методики инженерного расчета параметров, характеризующих эффективность использования оборудования для ряда структур автоматизированных производств.

4. Разработать рабочую программу для расчета параметров, характеризующих эффективность использования оборудования.

5. Разработать рекомендации по использованию результатов, полученных при теоретико-экспериментальных исследованиях.

Методы исследования. Работа представляет собой комплекс теоретических и экспериментальных исследований, расчетов на ПЭВМ. При теоретических исследованиях использовались основные положения технологии машиностроения, методы математического моделирования, теории производительности, массового обслуживания, вероятностей, математического анализа. Программирование выполнялось на языке Microsoft Pascal for Windows 95 с использованием компьютера на базе процессора Pentium. Экспериментальные исследования предложенных методов, моделей и алгоритмов выполнены на ЭВМ и технических средствах графического отображения.

Научная новизна. Разработан алгоритм и математическое обеспечение системы принятия комплексного технологического решения для условий мелкосерийного и серийного механообрабатывающего производства.

Получены аналитические зависимости для параметров, характеризующих эффективность использования оборудования, а также для параметров, характеризующих потери времени из-за ожидания обслуживания для различных производственных и структурных ситуаций.

Актуальность работы обосновывается необходимостью обеспечения эффективности принимаемых технологических решений с учетом технологических и организационных факторов и получения аналитических зависимостей, которые могли бы быть использованы в условиях усложнения изделий машиностроения как на этапе проектирования технологических процессов и производственных систем, так и в условиях эксплуатации производственных систем.

Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что в качестве исходных данных по технологии и организации производства для проведения научных исследований использованы реальные данные одного из машиностроительных предприятий, выпускающего изделия авиационной техники, производство которых основано на высоких технологиях.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты работы использованы при проработке вопросов совершенствования технологии и организации производства на ОАО НПО «АГАТ» и на научно производственном предприятии «Вега», г. Москва при формировании планов организационно-технических мероприятий по совершенствованию технологии и организации производства на 2000 — 2005 год и при уточнении текущих годовых планов технического переоснащения.

Реализация в промышленности. Разработанная инженерная методика оценки комплексного влияния технологических и организационных факторов на эффективность механообрабатывающего производства внедрена на ОАО «Гаврилов-Ямский машиностроительный завод «АГАТ» и на научно производственном предприятии «Вега», г. Москва. Акты внедрения приведены в приложении 1.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных и научно-практических конференциях в г. Рыбинске, г Тольятти, г. С-Петербурге.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 6 научных работ в республиканских и региональных научных и технических сборниках и журналах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из 162 страницы текста, включая 72 формулы, 50 таблиц, 16 иллюстраций, три приложения.

Автор защищает:

1 Методологию комплексной оценки принимаемого технологического решения, включая технологические и организационные вопросы обеспечения качества продукции и эффективности производственного процесса.

2 Алгоритм проведения работ по технико-экономическому обоснованию принимаемых технологических решений.

3 Методику оценки комплексного влияния технологических и организационных факторов на эффективность механообрабатывающего производства.

4 Инженерную методику комплексного решения технологических и организационных задач при разработке технологических процессов и проектов производственных систем машиностроительных производств.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

В диссертационной работе решена поставленная цель научных исследований по разработке методологии и рабочей методики комплексного решения технологических и организационных задач при разработке технологических процессов и проектов производственных систем машиностроительных производств.

1. Проведенные исследования и полученные результаты подтвердили правильность поставленной цели диссертационной работы. Комплексная оценка технологических и организационных факторов, характеризующих производственный процесс позволяет объективно оценить рациональность принимаемых технологических решений по его совершенствованию.

2. Разработанные математические модели и рекомендации для получения параметров, обеспечивающих выбор рациональных методов обработки и обоснование эффективности производственной структуры могут быть рекомендованы для применения в условиях мелкосерийного и серийного производства.

3. Предлагаемые аналитические зависимости, определяющие эффективность использования оборудования в составе производственных структур учитывают прогнозные изменения коэффициентов загрузки станков в зависимости от предлагаемых технических и организационных мероприятий.

4. Разработанная методика инженерного расчета параметров, характеризующих эффективность использования оборудования для ряда структур автоматизированных производств достаточно универсальна и может быть рекомендована для применения на машиностроительных предприятиях.

5. Разработанная рабочая программа для расчета параметров, характеризующих эффективность использования оборудования в различных производственных системах, отлажена и может быть передана для внедрения.

6. Результаты исследований прошли достаточную апрбацию и внедрены на ОАО Гаврилов-Ямский машиностроительный завод «АГАТ» и на ОАО «Агрегат», г. Сим Челябинской обл. при формировании перспективных планов организационно-технических мероприятий по совершенствованию технологии и организации производства на 2000;2005 годы и при уточнении текущих годовых планов технического переоснащения.