Методики проектирования производства

Проектирование производства представляет собой поэтапный процесс. Последовательное выполнение пяти основных этапов, указанных на блок-схеме, гарантирует достижение эффективного результата проектирования.

 

 

На первом этапе необходимо сформировать Базу конструкторских и технологических параметров деталей. Кроме формирования исходных данные для определения технических характеристик оборудования и нормирования операций, алгоритм расчета, реализуемый Базой, позволяет провести анализ технологичности изготовления деталей и выполнить прогноз производственной программы на несколько лет и выделить.

На втором этапе происходит разработка эскизного проекта альтернативных методов изготовления деталей с учетом заданной программы их производства. При этом назначаются альтернативные маршруты ее изготовления с учетом гибкости производства и определяются модели основного оборудования.

На третьем этапе для каждой детали из Базы выполняется моделирование и расчет основного, вспомогательного и подготовительно-заключительного времени обработки, т.е. нормирование технологических операций и рассчитывается количество деталей в оптимальной партии обработки.

На четвертом этапе по каждой модели оборудования производится расчет показателей, характеризующих эффективность использования оборудования в сложившихся производственных условиях.

И наконец, пятый, заключительный, этап оптимизация себестоимости производства. Алгоритм поиска минимально возможной себестоимости обеспечивает выбор наиболее рационального способа изготовления деталей и оптимального количества оборудования.

База конструкторских и технологических параметров деталей

База конструкторских и технологических параметров деталей

Для формирования Базы конструкторских и технологических параметров деталей (База КТП) используется компьютерная программа, которая структурирует информацию, содержащую конструкторские и технологические параметры деталей, время и маршруты их обработки.

Возможности Базы КТП обеспечивают:

  • прогноз производственной программы для каждой детали на основе верифицированных значений производственной программы за прошедшие годы;
  • расчет станкоемкости обработки каждой детали и подготовительно-заключительного времени на производственную программу;
  • расчет оптимальных партий обработки деталей;
  • назначение маршрутов обработки каждой детали;
  • формирование списков деталей, обрабатываемых по одинаковым маршрутам;
  • формирование списков деталей, обрабатываемых на каждой модели оборудования;
  • формирование группы деталей-представителей для разработки операционных технологических процессов;
  • расчет оптимального количества оборудования и коэффициентов его загрузки;
  • расчет коэффициентов использования материала;
  • расчет режимов обработки для каждой детали (режимов резания, штамповки и характеристик других видов обработки).

На рисунке показан фрагмент Базы КТП: режимы изготовления деталей из листа на различном оборудовании.

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Прогноз перспективной производственной программы деталей

Прогноз перспективной производственной программы деталей

Необходимость спрогнозировать количество обрабатываемых деталей обусловлена тем, что величина затрат на технологическую модернизацию производства зависит от перспективной производственной программы. Для решения задач прогнозирования можно использовать инструменты Microsoft Excel: «Прогнозирование линейной зависимостью», «Прогнозирование экспоненциальной зависимостью» и «Предсказание».

Прогноз делается для расчета неизвестных значений перспективной производственной программы для деталей, которые планируется изготавливать. Метод прогноза, принятый при выполнении расчета, основан на построении статистической модели производственной программы, которая была реализована в предшествующие годы.

Если строить прогноз, исходя из статистических, вероятностных и эмпирических принципов, то добиться вероятности 100% невозможно. Точность прогноза определяется истинными (верифицированными) значениями производственной программы за прошлый период, не верифицированными плановыми значениями производственной программы на текущий год, направлением тренда производственной программы каждой детали и методиками прогноза.

Аргументами модели статистического прогноза (x i, j) принята производственная программа каждой из n деталей (i = 0, ..., n) за m прошедших лет (j = 0, ..., m). Исследуемый отклик модели — проект производственной программы на текущий год:

У = У(x i, j)

В качестве целевой функции рассмотрим разность фактического и расчетного значений производственной программы Урасчет — Уплан → min.

Используем метод аппроксимации дробно-степенным рядом при минимизации целевой функции. Относительная погрешность модели:

ε = Урасчет - УпланУплан

На рисунке показаны результаты расчета погрешности методов статистического прогнозирования. Отсюда видно, что минимальная погрешность прогнозирования получена методом с использованием комбинированных генетических алгоритмов, разработанным специалистами «Вебер Комеханикс». Погрешность прогноза производственной программы 47 из 48 рассмотренных деталей не превышает 15%. Величина погрешности для 7 из 48 деталей меньше 15% получена методом прогноза линейной и экспоненциальной зависимостями, предсказанием — для 8 из 48 деталей.

Рис. 1. Распределение погрешности прогноза, полученной различными методами.

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Гибкость производства

Гибкость производства

Показателем эффективности производства является его гибкость. Различают следующие признаки гибкости:

  • Гибкость применения относительно заданной номенклатуры обрабатываемых деталей — способность обрабатывать в данный период времени любую деталь из закрепленных за оборудованием.
  • Гибкость приспосабливания относительно новой детали — способность обработки новых деталей без значительных переналадок, а также возможность изменения режимов обработки в процессе работы оборудования.
  • Гибкость технологического маршрута — способность изменения последовательности выполнения различных технологических операций.
  • Гибкость функционирования — способность обеспечения работы отдельного оборудования в составе технологического комплекса в результате межоперационного накопления деталей в транспортной системе.
  • Гибкость производства относительно объема выпуска — возможность изменения объемов выпуска каждой детали из закрепленной номенклатуры.

С учетом гибкости производства рассчитываются оптимальные партии запуска деталей. Количество деталей в этих партиях должно обеспечивать ритмичность сборки изделий согласно производственной программе и минимально необходимое количество деталей, хранящихся в автоматизированной складской системе.

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Нормирование технологических операций

Нормирование технологических операций

Нормирование технологической операции — это расчет основного, вспомогательного и подготовительно-заключительного времени обработки детали.

Станкоемкость изготовления детали образует сумма основного и вспомогательного времени ее изготовления, умноженная на годовую программу (Ni). Различают технологическую станкоемкость техн) и общую станкоемкость (Т):

где toi — основное и tвi — вспомогательное время обработки одной детали, Т— время переналадки для изготовления программы деталей (подготовительно-заключительное время).

Величина подготовительно-заключительного времени зависит от количества переналадок оборудования для изготовления программы деталей. Время переналадки равно

где — номенклатура (количество наименований) деталей, закрепленная за данной моделью оборудования; t— время одной переналадки оборудования.

При проектировании производства важно точно выполнить нормирование технологических операций, поскольку от результата нормирования зависят количество оборудования и коэффициенты его загрузки.

Наиболее распространенная методика расчета основного и вспомогательного времени обработки детали основана на формировании из всей номенклатуры деталей отдельных групп деталей-представителей, для которых выполняется предварительный расчет. Затем через коэффициенты приведения проводится пересчет норм времени на всю номенклатуру и программу деталей и выполняется расчет количества оборудования.

Детали-представители и коэффициенты приведения назначаются технологами на основании производственного опыта. Часто полученное в результате такого нормирования расчетное количество оборудования может быть недостаточным для изготовления производственной программы или, напротив, предприятие приобретает избыточное количество оборудования.

Если количество оборудования оказывается недостаточным для работы в две смены, приходится организовывать третью смену, сверхурочные работы и даже изготовление деталей на аутсорсинге, что значительно повышает их себестоимость. И напротив, эксплуатация избыточного количества оборудования также увеличивает себестоимость производства. В обоих случаях издержки получаются выше, чем объективно необходимые.

Чаще всего нормирование технологических операций при проектировании новой технологии выполняется в САМ-системах, которые предназначены для разработки управляющей программы и содержат расчетное время обработки детали. Если стоит задача с помощью САМ-системы нормировать время обработки нескольких сотен или тысяч деталей, возникает проблема, поскольку время выполнения проекта многократно возрастает. Создаваемые при этом управляющие программы могут оказаться бесполезными, если в результате оптимизации себестоимости производства использование данной модели оборудования будет признано неэффективным.

Для определения количества оборудования, объема инвестиций и в конечном счете экономической эффективности проекта «Вебер Инжиниринг» разработал свою методику, в которой используются нормы времени изготовления всех деталей, а не только деталей-представителей.

Новый метод аппроксимации, разработанный специалистами «Вебер Инжиниринг» на основе комбинированных генетических алгоритмов (КГА), позволяет быстро и точно выполнить нормирование технологических операций. С помощью этого метода можно рассчитать время обработки большой группы деталей, используя значения времени обработки части деталей, выбранных из этой группы.

Для оценки точности нормирования используем результаты ранее выполненных проектов производств для обработки листа, в частности рассмотрим лазерную резку листового металла. Исходя из опытных данных, полученных на предприятиях, изготавливающих детали с помощью лазерной резки, собраны значения реального времени резки 594 деталей и параметры их конструкции: толщина и предел временного сопротивления материала листа, периметр контура лазерной резки и количество врезок. Для проверки точности аппроксимации методом КГА из этой группы деталей выбрали k = 15 деталей (2,5 % от всего количества). Аппроксимацию выполнили по k значениям времени обработки и соответствующим ему характеристикам конструкции деталей. В результате аппроксимации были получены коэффициенты и показатели степени аппроксимирующего полинома. Время обработки всех деталей и технологическая станкоемкость рассчитывались по аппроксимирующему полиному.

Погрешность аппроксимации можно оценить по формуле:

где  — технологическая станкоемкость обработки, полученная в результате эксплуатации оборудования; — технологическая станкоемкость, рассчитанная по аппроксимирующему полиному.

Аналогичным способом были получены исходные данные и выполнена аппроксимация для технологических процессов изготовления деталей на координатно-револьверном прессе и прессах для свободной гибки.

В таблице приведена погрешность аппроксимации технологической станкоемкости и время вычисления (t, мин) на компьютере с процессором Inter® Core™ i7-3630QM CPU @ 2.40 GHz 2.40 GHz и ОЗУ 16,0.


Результаты оценки погрешности аппроксимации

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Расчет оптимальной партии обработки деталей

Расчет оптимальной партии обработки деталей

Оптимальная партия обработки деталей должна быть не меньше количества деталей, необходимых для изготовления одного изделия, и не больше количества деталей Ni, для заданной производственной программой (включая комплекты поставки и запчасти). Уменьшение партии обработки влечет за собой увеличение времени на переналадку и связанные с ним затраты, и наоборот, увеличение партии способствует росту затрат на хранение деталей.

Оптимальная партия обработки деталей обеспечивает минимум затрат на переналадку и хранение (см. рисунок): Зi = Зпi + Зхi → min.

Определение оптимальной партии обработки детали () одного наименования по минимуму затрат на переналадку оборудования (Зпi) и хранение деталей (Зхi).

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Показатели эффективности производства

Показатели эффективности производства

Расчет показателей, характеризующих эффективность использования оборудования в сложившихся производственных условиях, можно произвести по формулам.

Годовая общая станкоемкость, станко-часы:


Годовая технологическая (расчетная) станкоемкость, станко-часы:


Коэффициент потерь времени работы оборудования, вызванных его переналадкой в рабочие смены:


Коэффициент простоя оборудования при техническом обслуживании и ремонте в рабочие смены:


Количество оборудования (детальный расчет):


Коэффициент загрузки оборудования:


Коэффициент использования оборудования:


Обозначения: П — годовая программа производства; n — номенклатура; toi — основное время на i-ю деталь; tвi — вспомогательное время на i-ю деталь; П— годовая программа производства каждой детали из закрепленной за оборудованием номенклатуры; kп — количество переналадок на программу; tп — время переналадки; kо — количество плановых обслуживаний и ремонтов оборудования в течении года; tо — время одного обслуживания; Фоб — эффективный годовой фонд времени единицы оборудования при принятой сменности работы; С — принятое количество оборудования (количество оборудования, полученное из детального расчета Ст и округленное до ближайшего большего целого значения).

← Вернуться в раздел Методики проектирования

Оптимизация себестоимости модернизированного производства

Оптимизация себестоимости модернизированного производства

Оптимизацию себестоимости производства специалисты «Вебер Инжиниринг» выполняют, исходя из величин себестоимости изготовления деталей при различных вариантах технологических процессов. При этом учитывается прогноз макроэкономических показателей до 2030 года, который был опубликован в ноябре 2013 года. Для краткосрочного периода 2015-2017 гг. взяты более актуальные оценки более поздних по времени прогнозов 2014-2015 гг. Курсы валют скорректированы в соответствии с ростом фактического курса по прогнозу Министерства экономического развития Российской Федерации по сравнению с прогнозными значениями курса по долгосрочному прогнозу до 2030 года.

Темпы роста номинальной заработной платы зависят от прогноза роста реальной заработной платы и индекса потребительских цен.

Были определены статьи расходов (млн руб.), которые варьируются в зависимости от технологии изготовления деталей (рис. 1).

Рис. 1. Расчетные суммы (млн. руб.) по основным статьям расходов для разных вариантов технологии.

Для сравнения рассмотрим два варианта технологии изготовления одной и той же детали методом штамповки в вырубных штампах и с помощью лазерной резки (рис. 2). В себестоимость изготовления детали заложены затраты на электроэнергию, сжатый воздух, азот для лазера, стоимость вырубного штампа и металла для детали. Также учитывалась экономия металла с учетом многорядности раскроя при лазерной резке по отношению к вырубке в штампе, время изготовления детали лазерной резкой, мощности машины лазерной резки и пресса, среднее время вырубки детали в штампе.

В результате сравнения можно сделать вывод, что при использовании ранее изготовленных вырубных штампов себестоимость штамповки соизмерима с себестоимостью лазерной резки. Однако при переходе на новую продукцию потребуется изготовить новые вырубные штампы, и, следовательно, себестоимость штамповки возрастет в несколько раз.

Рис. 2. Сравнение себестоимости штамповки и лазерной резки.

Сравнение раскроя материала, получаемого различными методами изготовления, показывают, что расходы на материалы при резке детали лазером значительно меньше расходов при вырубке этой же детали из полосы на прессе (рис. 3).

Рис. 3. Раскрой при резке детали лазером из листа (1) и вырубке из полосы (2).

← Вернуться в раздел Методики проектирования

x
запрос отправлен

Ваш запрос отправлен.Наш пециалист свяжется с вами в ближайшее время!