Ванін О.В. СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО ПРОЕКТУВАННЯ СЕРІЙНИХ АВТОМАТИЗОВАНИХ СКЛАДАЛЬНИХ КОМПЛЕКСІВ
Викладач Ванін Олександр Вікторович
Первомайський політехнічний інститут Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова
СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО ПРОЕКТУВАННЯ СЕРІЙНИХ АВТОМАТИЗОВАНИХ СКЛАДАЛЬНИХ КОМПЛЕКСІВ
Складальне виробництво є заключною стадією виготовлення продукції. Складальні цехи є провідними, так як вони завершують цикл виготовлення виробу і визначають терміни випуску виробів на попередніх стадіях і роблять значний вплив на ритмічність виробництва на підприємстві. Важливою особливістю складальних цехів є те, що на етапі складання вартість незавершеного виробництва наближається до максимальної величини - собівартості готової продукції. При цьому витрати на зборку можуть досягати до 50% від загальних витрат на виготовлення всього виробу. Трудомісткість складальних робіт складає від 20% до 60% загальної трудомісткості, при цьому тривалість циклу самої збірки невелика [1].
Технологія збірки має на увазі з'єднання та забезпечення необхідного
взаєморозташування та взаємодії деталей і складальних одиниць. У цехах одиничного і дрібносерійного виробництва поряд зі складальними операціями можуть виконуватися і інші технологічні операції. З технологічної точки зору, різні складальні операції мають багато спільного, що дозволяє використовувати універсальний слюсарно-складальний інструмент, типові технологічні процеси і форми організації складальних процесів.
За формою організації збірку можна розділити на два основних типи - стаціонарну і рухливу. При стаціонарної збірці виріб виготовляють на одному робочому місці, куди надходять комплектуючі деталі й складальні одиниці. Рухома збірка виробів здійснюється шляхом переміщення робітників від одного об'єкта до іншого, або послідовним переміщенням об'єкта зборки між позиціями робітників. Для проектування складального виробництва кожного з типів використовується свій підхід зі своїми особливостями.
Вибір форми організації збірки здійснюється на етапі проектування виробництва, виходячи з конструктивних особливостей зібраних виробів, їх номенклатури і необхідного обсягу випуску.
Тенденція розвитку складальних виробництв сильно відрізняється від механообробних. З точки зору системного підходу технологія збірки має набагато складнішу багатофакторну модель, ніж механообробна та важко піддається аналізу. Схожість складальних процесів з точки зору технології дозволяє застосовувати типові техпроцеси. Однак, при комплексному розгляді технологічних процесів збірки, внаслідок того, що кожна складальна одиниця володіє своїми конструктивними особливостями, уніфікація технологій складальних процесів практично не представляється можливою. Також, важливим чинником є положення етапу зборки в усьому циклі виготовлення виробу. Комплектуючі, що йдуть на збірку, надходять з попередніх етапів виробництва, отже, ритмічність функціонування складальних виробництв безпосередньо залежить від того, наскільки грамотно реалізований процес виготовлення деталей. Більше того, параметри виробничої системи, які закладаються інженером в процесі проектування виробництва завжди відрізняються від дійсних. Це відбувається внаслідок того, що будь-яка виробнича система схильна до дії випадкових факторів, що впливають на продуктивність праці. На ритмічність випуску деталей можуть впливати поломка обладнання, затримка поставок сировини, людський фактор і т.д. При цьому відхилення параметрів системи збільшуються на кожній наступній стадії всього циклу виготовлення виробу і досягають свого максимуму на етапі складання. Все вищеописане показує, що для проектування ефективних складальних виробництв необхідно як проведення докладного аналізу великої кількості факторів, так і врахування стану виробництва на попередніх етапах циклу виготовлення виробу.
Наукові основи складальних виробництв, які були розроблені в СРСР в 60-х роках минулого століття, спиралися на принципи централізації підприємств, характерних для того часу, а також на фактор ізольованості виробництв від зовнішнього світу. Складальні цехи орієнтувалися в основному на виготовлення одного виробу. Вихід промисловості на світовий ринок машинобудівної продукції змусив підприємства змінити підхід до організації своїх виробництв.
Таким чином, в даний час актуальним завданням учених є розробка способів підвищення ефективності сучасного машинобудівного виробництва та його адаптація в умовах ринкової економіки.
Для виявлення перспективних напрямків дослідження сучасних способів організації складальних виробництв, необхідно проаналізувати їх особливості. Серед найбільш важливих можна виділити наступні:
1. Велика частка дрібносерійного і серійного виробництва.
2. Тенденція зростання рівня інтеграції комп'ютерних технологій в сферу проектування виробничих систем.
3. Прибуток від виробництва істотно залежить від часу проходження циклу «проектування - виготовлення».
4. Високий рівень кооперації.
5. Скорочення розмірів складування.
З усього вищеописаного, особливу увагу слід приділити вибору напрямку подальшого розвитку автоматизації складальних виробництв. Важливою особливістю процесів складання є те, що в тимчасовій структурі частка основного часу по відношенню до допоміжного надзвичайно мала. Отже, одним з перспективних досліджень в області організації складальних виробництв є знаходження способів оптимізації та скорочення величин допоміжних часів.
Говорячи про вдосконалення складальних виробництв, слід відзначити тенденції розвитку та застосування автоматичних складальних комплексів. Досвід таких промислово розвинених країн як США, Японія і Німеччина показує, що на сьогоднішній день на машинобудівних підприємствах автоматизовано лише близько 20% всього обсягу складальних робіт. При цьому
чинне автоматичне складальне обладнання має низький коефіцієнт завантаження.
Невисокий рівень автоматизації обумовлений такими факторами:
1. Висока складність реалізації процесу автоматичної збірки.
2. Вузька спрямованість складальних комплексів.
3. Висока залежність від поломок обладнання.
4. Низька ефективність виконання складних складальних операцій.
5. Висока вартість складальних роботів і маніпуляторів.
6. Потреба у висококваліфікованому обслуговуючому персоналі.
На відміну від автоматичної збірки, ручне збирання виробів широко застосовується на більшості машинобудівних виробництв. Основними достоїнствами ручної збірки є:
•- простота реалізації виробничого процесу;
•- відсутність необхідності застосування дорогого обладнання;
•- простота здійснення процесу, у випадках застосування селективної зборки, а також методів регулювання, з використанням компенсаторів;
•- можливість реалізації методу пригону на робочих місцях;
•- уніфікація робочих місць;
•- висока адаптація виробництва до зміни номенклатури продукції.
При всіх очевидних перевагах, у ручної збірки є ряд недоліків. Одним з основних недоліків є людський фактор. В даному випадку, на відміну від автоматичного складання, вся система в меншій мірі залежить від працездатності обладнання, а на її продуктивність в основному впливає продуктивність праці робітників. У разі відсутності збирача на робочому місці за будь-якої причини (відпустка, хвороба, звільнення, тощо), його навантаження необхідно перерозподілити між іншими робітниками, для запобігання простою складальних робіт. Даний аспект необхідно враховувати на етапі проектування складальних ділянок і цехів.
Таким чином, на основі комплексного аналізу всіх особливостей розвитку сучасного серійного складального виробництва можна зробити висновок, що одним з можливих ефективних рішень при організації виробництва такого типу може бути застосування гнучких автоматизованих ділянок ручної збірки, здатних швидко переналагоджувати з виготовлення одного виробу на інше. Перспективним варіантом реалізації таких ділянок можуть стати автоматизовані складальні ділянки лінійного планування (рис.1).
Рисунок 1 Автоматизована складальна ділянку лінійного планування
У структурі ділянок такого типу можна виділити наступні складові: 1 - приймально-здавальна секція, 2 - стелажна склад; 3 - кран - штабелер, 4 - накопичувач, 5 - позиції робітників-збирачів. При цьому залежно від величини вантажопотоку, що проходить через складальний ділянку, може з'явитися необхідність встановлення другого крана-штабелера, двох рядів стелажів, поділ приймально-здавальної секції на секцію комплектації і секцію здачі готової продукції, або поєднання вищеописаних варіантів залежно від вимог виробництва.
Принцип роботи таких ділянок полягає в наступному: весь обсяг робіт зі складання необхідної номенклатури виробів рівномірно розподіляється між складальниками, складається виробничий розклад роботи дільниці. Комплектуючі деталі приходять на приймально-здавальну секцію, звідки за допомогою крана-штабелера розподіляються по осередках стелажного складу. При цьому нижче розташовуються деталі, що йдуть на складання першочергового виробу. Далі, залежно від потреби складальника у деталях, кран-штабелер подає їх через накопичувач на робоче місце. У разі наявності великої базової корпусної деталі, яка надходить безпосередньо на складальну позицію, де здійснюється установка зібраних комплектів і підвузлів в корпус.
Виходячи з вищеописаного алгоритму роботи дільниці можна виділити наступні ключові етапи:
•- визначення потрібного числа складальників;
•- завдання черговості складання виробів і вибір розміру партії;
•- організація структури автоматизованого складу та способу зберігання комплектуючих;
•- формування операцій на складальних позиціях з урахуванням рівномірності завантаження складальників;
•- синтез оптимального планувального рішення;
•- логістика розміщення комплектуючих деталей на складі і подачі їх на робочі місця.
Вихідними даними для проектування є - перелік номенклатури виробів, що виготовляються на даній ділянці і пронормовані переходи складальних операцій, розроблені для кожного з виробів.
При визначенні потрібного числа робітників для підвищення точності розрахунків необхідно оперувати не наведеної, а конкретної річною програмою випуску кожного із виробів. Таким чином, число складальників визначається за формулою:
(1)
де: n - число виробів, що збираються на даній ділянці;
tшт.к.i- штучно-калькуляційний час складання i-го виробу, хв.;
Ni - річна програма випуску i-го виробу, шт.
Фе - ефективний річний фонд роботи одного робітника-збирача, год.
Далі, для складання виробничого розкладу роботи дільниці, необхідно визначити, в якій послідовності будуть збиратися вироби, і вибрати величину партії запуску. При цьому слід враховувати можливість паралельної збірки декількох типів виробів.
Однак чим більше виробів одночасно збирається на проектованої ділянці, тим більша ймовірність здійснення помилки робочим-складальником, внаслідок необхідності аналізу великого обсягу інформації.
Необхідність наявності складу обумовлюється тим, що в структурі виробничої системи неможливо досягти ідеальної синхронізації між етапами виготовлення деталей і їх складання, внаслідок коливань виконання операцій механообробки, відмов устаткування, ріжучого інструменту та інших випадкових факторів. Склад виконує роль демпфуючого елемента при нестабільних дискретних вхідних параметрах вантажопотоків [2]. В даному випадку, для тимчасового зберігання комплектуючих деталей і кріпильних нормалей найбільш раціональним рішенням є застосування стелажного складу, що обслуговується автоматичним краном-штабелером. При цьому кран-штабелер крім функцій переміщення тари в осередки складу виконує функції обслуговування робочих місць - подачу тари з комплектуючими деталями на накопичувачі і переміщення зібраних комплектів між складальними позиціями.
Для формування структури складальних операцій і розподілу їх між робочими місцями весь процес складання виробу необхідно представити у вигляді графа зв'язків, або т.зв. графа з'єднань < D, E> (рис. 2). У даному графі вершинами є складові деталі (які позначаються через D), а ненаправлені вектори (як позначаються через E 
D 
D) представляють собою зв'язки між ними. Вираз 
означає, що в j-е виріб N входить i-е кількість деталей D.Кожній деталі, так само як і зв'язку з метою проведення розрахунків ставиться у відповідність ряд параметрів:
,
. Для деталей такими параметрами є: m - маса деталі; V - її обсяг, який визначається за габаритними розмірами, n - число i деталей, що одночасно беруть участь в поточному переході. 
Рисунок 2 Граф зв'язків деталей у виробі Кожний зв'язок E визначається двома параметрами: tо - час реалізації даного зв'язку (час виконання технологічного переходу), Муст - маркер стійкості з'єднання.визначається двома параметрами: - час реалізації даного зв'язку (час виконання технологічного переходу), - маркер стійкості з'єднання.визначається двома параметрами: - час реалізації даного зв'язку (час виконання технологічного переходу), - маркер стійкості з'єднання.Метою маркера Муст є завдання обмежень на визначення меж операції, а також на можливість переміщення об'єкта збірки в поточному стані між складальними позиціями. Далі, з допомогою встановлених закономірностей, необхідно сформувати маршрут технологічних операцій на кожній складальної позиції. При цьому роботи повинні бути розподілені таким чином, щоб витрати допоміжного часу були мінімальними. Для цього потрібно одночасно виконати дві умови:
1. Потужність вантажопотоків всередині ділянки повинна бути мінімальною;
2. Операції повинні бути максимально синхронізовано за часом виконання.Одним з основних показників ефективності проектного рішення, які використовуються при синтезі складальних виробництв, є потужність вантажопотоків M, що визначається за формулою:
(2)
де: mik - маса i-ой складальної одиниці після k-ої операції;
lik - переміщення i-ой складальної одиниці після k-ої операції;
i - номер складальної одиниці; k - номер операції; E - кількість зібраних складальної одиниці;
Оn - кількість операцій.
Слід зазначити, що основною ланкою, яка реалізує матеріальні потоки всередині ділянки, є автоматичний кран-штабелер. Таким чином, задача мінімізації вантажопотоку може бути вирішена за рахунок оптимізації роботи крана-штабелера з переміщення деталей та зібраних комплектів: всередині складу, між складом і накопичувачами, і між складальними позиціями. При цьому слід враховувати специфіку функціонування, характерну для кранів-штабелерів, які обслуговують виробничі дільниці. Аналіз наукових робіт, присвячених методам синтезу виробничих систем, показав, що на сьогоднішній день не існує методики, що дозволяє в комплексі вирішувати обидва вищеописані завдання.В результаті, для забезпечення ефективної організації роботи автоматизованих складальних ділянок лінійного планування на даний момент ведеться розробка алгоритмів, що дозволяють рівномірно розподіляти операції технологічного процесу складання виробу між позиціями робітників з урахуванням мінімального завантаження автоматичного крана-штабелера.
Рішення поставлених завдань дозволяє значно знизити собівартість складання виробів, за рахунок скорочення циклу їх складання, зменшення кількість збирачів і транспортних робітників, що в підсумку підвищує конкурентоспроможність виробничих систем.
Література :
1. Организация сборочного производства: [Электронный ресурс].
(http://legkoprom.ru/index23.html). Проверено 29.10.2010 г.
2. Вороненко В.П., Соломенцев Ю.М., Схиртладзе А.Г. Проектирование машиностроительного производства: учебник для вузов. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2007. - 380 с.
