Особенности проектирования и организации группового производства в машиностроении

ПРАКТИКА ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ ГРУППОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ М.И. Бухалков, д-р экон. наук, профессор,

М.А. Кузьмин, аспирант,

В.В. Павлов, канд. экон. наук, доцент Самарский государственный технический университет, г. Самара

Рассматриваются научные основы организации группового производства на предприятиях машиностроительного комплекса, приводятся практические рекомендации по проектированию и построению графиков работы групповых поточных линий

Групповое производство представляет собой прогрессивную гибкую форму организации прерывных производственных процессов на предприятиях машиностроения, основанную на предметной специализации цехов и участков и типовой унификации технологических процессов. В зависимости от объема рыночного спроса на выпускаемую продукцию, существующего на предприятии направления специализации и достигнутого уровня технологической унификации принято различать шесть основных форм групповой организации производственных процессов. При подетальной специализации производства с применением единичной или типовой форм организации технологических процессов могут иметь место три первичные формы группового производства [3, с. 18]:

- подетальные специализированные цехи предприятия;

- подетально-специализированные участки цеха;

- многономенклатурные групповые поточные линии с переналадкой станков.

При подетальной специализации производства, сочетающейся с использованием групповой формы организации технологических процессов, создаются следующие вторичные формы группового производства:

- подетально-групповые механосборочные цехи;

- подетально-групповые производственные участки;

- групповые поточные линии с переналаживаемыми станками.

Вторичные формы организации группового производства основаны на повсеместном использовании высокопроизводительного оборудования, быстропе-реналаживаемой технологической оснастки, станков с числовым программным управлением, специальных обрабатывающих центров и специализированных станков и других технологических средств механизации и автоматизации основных и вспомогательных производственных процессов. Как свидетельствует отечественный передовой опыт, групповое производство на предприятиях машиностроения, создаваемое на основе конструктивной классификации выпускаемых изделий, унификации технологических процес-

сов и подетально-групповой специализации производственных подразделений, способствует в характерных для рынка условиях единичного, мелкосерийного и серийного типов производства широкому применению таких присущих для массового производства принципов рациональной организации производственного процесса, как специализация рабочих мест, непрерывность, ритмичность, прямоточность и т.д. С учетом степени полноты использования этих принципов групповое производство продукции может функционировать на предприятии при различных организационных формах и типах производства [1].

В единичном, мелкосерийном и серийном типах производства методы организации групповых процессов целесообразно использовать при изготовлении разнообразных деталей, сборке изделий и ремонте оборудования в основных и вспомогательных цехах. В крупносерийном и массовом производстве групповые формы его организации рекомендуется применять при высоком уровне специализации и коэффициенте закрепления операций за рабочим местом, равным или превышающим две выполняемые деталеоперации за один месяц, а также при незначительном производственном цикле изготовления деталей.

Коэффициент специализации или закрепления рабочих мест в различных подразделениях машиностроительных предприятий зависит от сочетания двух организационных показателей - объема выпуска и трудоемкости продукции, которые во многом определяют технологические или предметные формы специализации цехов и участков, производственную и организационную структуру предприятия, а также методы и формы организации группового производства. Постепенный переход от технологической формы специализации к подетально-групповой считается одним из важных прогрессивных направлений в совершенствовании организации современного машиностроительного производства.

Высшей формой развития группового производства является в рыночных условиях внедрение при соответствующих объемах выпуска товаров гибких быстропереналаживаемых поточных линий механической обработки деталей и сборки изделий.

Организация группового производства включает в себя следующий комплекс проектных работ, обеспечивающих создание и функционирование специализированных подразделений:

• анализ номенклатуры выпускаемых изделий и основных условий их производства;

• классификация и кодирование обрабатываемых деталей;

• группирование деталей по принятым классификационным признакам;

• унификация деталей и отработка их на технологичность;

• анализ действующих технологических процессов и разработка групповых;

• расчет трудоемкости выполнения групповых технологических процессов;

• определение состава производственных подразделений;

• проектирование организации группового производства изделий;

• определение потребного технологического оборудования в проекте;

• приобретение необходимых средств технологического оснащения;

• опытно-промышленное испытание и внедрение организации группового производства.

Основой организации группового производства, по оценке С.П.Митрофанова, служат унификация конструкций выпускаемых изделий и технологических процессов их изготовления [2]. Важнейшими организационными направлениями конструктивной и технологической унификации в машиностроительном производстве при снижении рыночного спроса на продукцию стали разработка типовых технологических процессов и применение групповых методов обработки деталей. Типовые технологические процессы создаются на изготовление однотипных или стандартизированных деталей и применяются главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Групповые технологические процессы разрабатываются на группы подобных по конструктивным или иным признакам деталей и используются в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства.

Типизация методов обработки основана на классификации деталей и их поверхностей. Классификация деталей и технологических процессов строится по схеме класс-группа-тип. Класс представляет собой совокупность деталей определенной конфигурации, характеризуемых общностью конструктивных форм и технологических процессов, например, валы, втулки, шестерни и т.д. Каждый класс разбивается на подклассы и группы, каждая группа - на подгруппы и типы. Группой считается совокупность деталей, объединяемая при обработке общностью оборудования, оснастки, наладки и технологического или операционного процесса. При создании групп учитываются габариты детали, геометрическая форма, общность

подлежащих обработке поверхностей, требуемые ква-литет точности, шероховатость поверхности, однородность заготовок, серийность выпуска, экономичность процесса и многие другие факторы. Группа служит промежуточным звеном классификации деталей, конечная цель которой состоит в установлении типов. Типом называется совокупность сходных деталей, имеющих в конкретных производственных условиях общий технологический процесс.

Типовые технологические процессы предназначаются для производства стандартных и унифицированных деталей, сборки узлов и сложных изделий. На предприятиях машиностроения используется два способа типизации технологических процессов. Первый способ заключается в проведении такой классификации деталей, в результате которой определяется количество существующих конструктивных типов изделий и на каждый из них составляется общий технологический процесс. Второй способ состоит в установлении ряда технологических методов обработки, относящихся к отдельным деталям или к их характерным поверхностям, имеющим конструктивные признаки сходства - основу для построения типовых процессов. Построение типовых процессов осуществляется на конструктивном сходстве или подобии обрабатываемых деталей и их поверхностей , а не на общности средств производства и орудий труда - станков, приспособлений, инструмента. Типовые процессы, характерные для данного конкретного предприятия, должны охватывать все детали, имеющие одинаковый маршрут обработки, однотипные станки, применяемую оснастку, а также режущий и мерительный инструмент. Такие процессы разрабатываются обычно с подробным описанием маршрутной технологии и составлением технологических карт для соответствующих типов деталей, в которых содержится перечень конкретных операций, оборудования и инструмента, режимов обработки, норм времени и других организационно-технических показателей.

Групповые технологические процессы разрабатываются для однородных по тем или иным конструктивно-технологическим признакам видов продукции с использованием унифицированной технологии производства и быстропереналаживаемой оснастки. Г рупповой метод обработки непосредственно связан с унификацией конструкции машин и их элементов, а также с организацией их производства. Чем выше уровень унификации технологии, тем соответственно выше и уровень специализации производства и тем, следовательно, совершеннее могут быть формы его организации на предприятии. Важнейшими организационными предпосылками применения групповых методов в машиностроительном производстве являются следующие:

- правильная классификация и группировка изготовляемых деталей, выполняемых работ и проектируемых технологических процессов;

- подбор и конструирование групповых приспособлений и другой технологической оснастки для осуществления принятой технологии;

- специализация и модернизация технологического оборудования с целью повышения эффективности его использования;

- внедрение групповых поточных и автоматических линий для производства деталей.

Групповой метод как основа унификации технологических процессов и средств их оснащения способствует сокращению их количества на изготовление однотипных деталей и одновременно расширяет применение прогрессивной технологии на производство большой номенклатуры продукции. На машиностроительных предприятиях принято различать два основ-

ных направления технологической унификации: типизация технологических процессов и групповой метод обработки деталей. Оба этих совершенно самостоятельных подходов, взаимодополняющих системное решение на предприятии общих технологических и организационных задач, представлены на рис. 1. Принципиальное их различие заключается в том, что типовые процессы характеризуются общностью последовательности и содержания операций (переходов) при обработке типовой группы деталей, а групповая технология характеризуется общностью оборудования и оснастки при выполнении отдельных операций или при полном изготовлении группы разнотипных деталей.

Унификация технологических процессов

Типизация технологических процессов

Методы групповой обработки

Рис. 1. Схема унификации технологических процессов

Групповые методы организации технологических процессов могут базироваться на различных подходах к классификации деталей и способов их обработки. Задачей любой классификации является установление определяющих признаков, предметов труда, необходимых для правильного группирования проектируемых объектов или выявления их основных свойств и характерных особенностей. Различные конструкции машин и приборов, виды изделий и деталей имеют большое количество одинаковых конструктивных, технологических, организационных и целый ряд иных общих признаков. Групповые процессы на предприятиях машиностроения принято классифицировать по следующим наиболее важным признакам:

• по конструктивно-технологическому сходству изготовляемых деталей, в соответствии с которым типовыми совокупностями служат группы валиков, втулок, шпинделей, шлицевых валов, зубчатых колес и т.д.;

• по элементарным поверхностям обрабатываемых деталей, позволяющим выбрать необходимый метод изменения их форм и размеров и составить из их комбинации совокупный технологический процесс обработки любой детали, содержащей те или иные

поверхности, например, круглые, плоские, а также пазы, отверстия и т.п.;

• по типам применяемого технологического оборудования, включающего соответствующие виды и модели металлообрабатывающих станков, например, токарных, сверлильных, фрезерных, шлифовальных и

др.;

• по единству используемого технологического оснащения на различных операциях и видах оборудования, к примеру, по общности способов крепления детали, наладки оборудования и т.п.

Кроме того, во всех направлениях классификации групповых процессов обработки учитываются такие признаки, как назначение детали, сложность конструкции, точность и шероховатость поверхностей, сходство технологических маршрутов, объем выпуска продукции, методы оперативного регулирования производства, состав организационно-плановых нормативов и др. На предприятии могут применяться самые разнообразные признаки классификации обрабатываемой продукции, чем подтверждается гибкость группового производства и необходимость его использования в условиях рыночной неопределенности спроса на товары и услуги.

Разработанная С.П.Митрофановым система групповой классификации изделий и процессов строится на общности конструкции деталей, технологии обработки, применяемого оборудования, способов наладки станков, инструментальной оснастки. В основном обрабатываемые детали разбиваются на три характерные группы [3, с.62]:

1) детали, имеющие законченный цикл обработки на одном типе оборудования как, например, заготовительные процессы, металлообработка резанием, термические операции, отделочные работы и т.п.;

2) изделия, имеющие общий многооперационный процесс, выполняемый на различных типах технологического оборудования в порядке последовательности операций с применением групповой оснастки;

3) группы деталей, имеющие общий технологический маршрут обработки, осуществляемой на разнотипном оборудовании с соблюдением принципа прямоточности движения обрабатываемых предметов.

Группирование деталей может осуществляться также и по степени унифицированности условий обработки на предприятии. При этом рекомендуется различать два способа группировки деталей:

- детали с унифицированными процессами обработки, когда их объединение проводится либо в пределах одного вида технологического процесса, выполняемого на оборудовании одного типа, либо в пределах нескольких видов обработки на оборудовании различных типов по общности технологических маршрутов;

- детали с частичной унификацией процессов обработки, когда группирование происходит либо нескольких различных изделий по одной технологической операции, либо нескольких смежных операций одной детали по действующему технологическому маршруту.

Группирование деталей во всех случаях должно охватывать номенклатуру реально выпускаемых деталей определенной конструкции. При необходимости можно создавать комплексные или условные детали, имеющие все геометрические элементы деталей данной группы. Комплексной может быть и реальная деталь, имеющая все основные характеристики наиболее сложной в данной группе детали. Выбранная комплексная деталь-представитель служит основой при разработке групповой технологии и групповой оснастки, представляющих собой совокупность приспособлений и инструментов и обеспечивающих обработку всех деталей данной группы при небольших подналадках оборудования. Составленный на комплексную деталь технологический процесс должен обеспечить изготовление любой детали данной группы в полном соответствии с требованиями заказчика к уровню качества и срокам выполнения. Каждый групповой техпроцесс состоит из ряда предусмотренных групповых технологических операций обработки или сборки изделия.

Групповой технологической операцией называется общая для данной группы различных по конструктивным признакам деталей часть техпроцесса, выполняемая с определенной групповой оснасткой на соответствующем оборудовании. Групповая операция охватывает столько деталеопераций, сколько деталей различных типов входит в данную группу. Деталео-перация представляет собой дифференцированный состав технологических переходов при обработке конкретной детали определенной группы, для которой разработана групповая операция. Совокупность групповых операций образуют групповой технологический процесс, обеспечивающий обработку различных деталей одной или нескольких групп по общему технологическому маршруту. При групповом технологическом маршруте некоторые детали или их группы могут не подвергаться обработке на каждой операции, т.е. пропускать отдельные станки или операции. Поэтому при образовании групп деталей с общим технологическим процессом необходимо учитывать объем выпуска отдельных деталей: трудоемкость выполняемых деталеопераций должна обеспечивать нормальную загрузку станков и рабочих-операторов на каждой операции.

Технологические маршруты, не имеющие некоторых операций или переходов, должны обеспечивать не только принцип прямоточности в пространстве, но и принцип пропорциональности работы оборудования во времени. На рис. 2 представлена схема подбора деталей и график работы групповой поточной линии, на которой в течение одной рабочей смены продолжительностью 480 мин обрабатываются на пяти операциях (станках) пять видов деталей. На приведенной схеме маршрут обработки каждой детали показан в виде сплошной линии с уголками, означающими наличие технологической операции. Над линией указано штучное время на операцию, под линией - время цикла обработки партии каждой детали. Так, деталь Б трудоемкостью 15 минут изготовляется в количестве 30 единиц на первой, третьей и пятой операциях, штучное время на которых равно соответственно 6, 4 и 5 мин. В этом случае расчетное время цикла обработки всей партии деталей Б на первой операции составит:

Тобр = N • Тшт = 30 • 6 = 180 мин/партию

где N - размер партии деталей, шт.;

Тшт - штучное время выполнения первой операции, мин/шт.

Время обработки партии деталей на отдельных операциях и общее время прохождения каждой партии изделий по всему технологическому маршруту рассчитывается аналогичным образом по приведенной формуле. Коэффициенты загрузки оборудования могут быть найдены как отношение суммарного времени обработки всех групп деталей по отдельным операциям к продолжительности рабочей смены. Этот показатель при обработке группы деталей на первом станке или операции будет равен:

К =

IТ

обр

390

Тсм - продолжительность рабочей смены, мин.

= 0,81

Т 480

см

где У Тобр - суммарное время обработки всех деталей на данной операции (станке), мин;

Группа деталей Расчетные показатели Номер операции

Тшт Нп-Тшт 1 2 3 4 5

Деталь А 30 12 360 /\ 3 ✓Ч 2 ✓44 /\ 3

90 60 120 90

Деталь Б 30 15 450 А6 ✓Ч 4 ✓Ч 5

180 120 150

Деталь В 40 18 720 ^2 ✓"Ч4 ✓"Ч 4 ✓"Ч4 4 /ч 4

80" 160 160 160 160

Деталь Г 26 12 312 'Ч5 /\ 3 ✓Ч4

щ" 78 104

Деталь Д 18 8 144 у-Ч6 ^ч 2

108 36

Группа деталей А+Б+В+Г+Д I N IТ / -< шт I N • Тшт Б+В+Г А+В+Д А+Б+В+Г А+В+Г А+Б+В+Д

Суммарные показатели 144 65 1986 390 358 418 384 436

Коэффициент загрузки станков - - 0,83 0,81 0,74 0,87 0,80 0,91

Рис. 2. График работы групповой поточной линии

Коэффициенты загрузки оборудования являются важными организационными показателями эффективности внедрения группового производства. В приведенном примере их индивидуальное значение по отдельным операциям находится в пределах от 0,74 до 0,91 при среднем значении на участке, равном 0,83. Эти коэффициенты свидетельствуют о высокой загрузке и эффективности использования в проекте технологического оборудования, а также о правильном подборе деталей на данном участке группового производства.

На предприятиях коэффициенты загрузки оборудования во многом зависят от соотношения расчетного (проектного) и принятого (установленного) количества рабочих мест (станков), а также от количества и трудоемкости обрабатываемых деталей [1, с.316].

В групповом производстве требуемое число рабочих мест может рассчитываться по каждой отдельной операции или в целом по всему производственному подразделению на основе отношения соответствующей станкоемкости операции или участка к фонду времени работы оборудования. В общем случае количество необходимых рабочих мест на выполнение имеющихся заказов определяется по следующей формуле:

У т

ГЧ / ст

Собщ , ,

где Собщ - общее количество оборудования на групповом участке, шт.;

суммарная проектная станкоемкость

IТ

ст

производственных заказов на участке, станко-час;

Фд - действительный фонд времени работы оборудования, час.

Г одовой фонд рабочего времени единицы оборудования при двухсменном режиме работы составляет примерно 4000 часов, месячный фонд при односменной работе - 175, недельный - 40 часов.

Рассчитанное количество станков на групповом участке распределяется по видам и моделям в соответствии с трудоемкостью (станкоемкостью) выполняемых по заказам работ. Станки на производственном участке располагаются с учетом необходимости соблюдения схемы движения деталей по ранее разработанному технологическому маршруту. В зависимости от принятой формы организации группового производства на участке могут быть использованы различные производственные схемы расположения технологического оборудования: точечная, линейная, ячеистая, технологическая и др. На рис. 3 приведены наиболее распространенные на американских фирмах варианты планировки технологического оборудования в групповом производстве [4].

Точечная

Т ехнологическая

/

© © © © ©

Линейная

т

ОС

Ячеистая

Т

Рис. 3. Схема планировки оборудования на участке

Как видно, групповое производство способствует экономии производственного пространства и рабочего времени при организации выпуска широкой номенклатуры товаров и услуг на предприятиях машиностроения по заказам основных потребителей продукции. Совершенствование организации группового производства может стать важным фактором модернизации отечественных промышленных предприятий

[5].

Таким образом, организация группового производства является в условиях рынка одним из важных направлений создания и функционирования многопродуктовых гибких производственных систем, учитывающих в ходе производства изменение рыночного спроса на продукцию и позволяющих производить товары и услуги высокого качества при наиболее полном использовании имеющихся на каждом предприятии производственных ресурсов.

Литература

1. Бухалков М.И. Организация производства на

предприятиях машиностроения: учебник /

М.И.Бухалков. - М.: ИНФРА-М, 2010. 511с.

2. Митрофанов С.П. Научная организация машиностроительного производства. -Л.: Машиностроение, 1976. -712с.

3. Организация группового производства /Под ред. С.П.Митрофанова. -Л.: Лениздат, 1980. -288с.

4. Слак Н., Чеймберс С., Джонстон Р. Организация, планирование и проектирование производства. Операционный менеджмент /Пер. с англ. //Н.Слак и др. -М.: ИНФРА-М, 2009. 790с.

5. Туровец О.Г., Родионова В.Н. Совершенствование организации производства как фактор модернизации промышленных предприятий //Организатор производства, 2010, №1. С.21-24

9 8(846)2784-384

E-mail: plan@samgtu.ru

Ключевые слова: организация производства, групповой метод, комплексная деталь, технологическая операция, график работы.