автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности механообрабатывающего производства на основе комплексного анализа технологических и организационных факторов

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

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения 05.02.22 - Организация производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск-2004 г.

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Гаврилов -Ямский машиностроительный завод «АГАТ»

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор, Безъязычный Вячеслав Феоктистович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Зазулов Виктор Иванович;

- кандидат технических наук, доцент Любимов Роман Владимирович.

Ведущая организация Научно - производственное предприятие

«ЭГА», г. Москва.

Защита состоится 29 декабря 2004г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.210.02 в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева (РГАТА) по адресу: 152 934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева

Автореферат разослан 26 ноября 2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. 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 технологических решений, которые реализуются при проектировании технологических процессов.

Проектирование технологического процесса является многовариантной задачей. Технический и экономический критерии рациональности 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. Наиболее часто достигают компромисса между производительностью и затратами.

В настоящее время большинство научных исследований посвящено решению отдельных научных проблем, обеспечивающих эффективность производства и заданное качество продукции, поэтому разработка методологии комплексной оценки принимаемого технологического решения является актуальной научной проблемой.

При этом факторами для обоснования рациональности технологического решения являются:

- обеспечение заданных требований качества деталей, в том числе допусков на геометрические размеры, шероховатости поверхностей, специальных требований к качеству рабочих поверхностей деталей;

- обеспечение заданной производительности, определяемой годовой

потребностью деталей в соответствии с заданными сроками поставки деталей

I «»С. НАЦИОНАЛЬНАЯ

на сборку изделий;

I СВпцйрг А/п/

» о» тЦтЗЩ 3

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

- минимизация производственного цикла изготовления деталей;

- минимизация общих затрат на производство (технологическая себестоимость детали).

Целью работы является разработка основных направлений повышения эффективности механообрабатывающего производства на основе комплексной оценки технологических и организационных факторов и рабочей методики обоснования рациональных вариантов технологических решений в условиях мелкосерийного и серийного 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.

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.

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 наукоемких технологиях.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная инженерная методика оценки комплексного влияния технологических и организационных факторов на эффективность механообрабатывающего производства прошла апробацию на ОАО НПО «АГАТ», г. Гаврилов-Ям Ярославской области и ОАО «АГРЕГАТ», г. Сим Челябинской области 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. Результаты работы внедрены на ОАО «Гаврилов-Ямский машиностроительный завод «АГАТ» и ОАО «АГРЕГАТ».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных и научно-практических конференциях: «Проблемы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий» в г. Рыбинске, 2003г., «Моделирование и обработка информации в технических системах» в г. Рыбинске, 2004г. и опубликованы в научных журналах и сборниках трудов: Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева: Сборник научных трудов. - Рыбинск, 2003. -№1. с. 134-137, Инструмент и технологии. Российский научно-технический журнал. 2004. №11-12. с. 59-62, Справочник. Инженерный журнал. 2004. №3. С. 43-45.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 научных работ в республиканских и региональных научных и технических сборниках и журналах.

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

Автор защищает:

1 Методологию комплексной оценки принимаемых технических решений, 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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и поставлена общая задаче исследования.

В главе 1 рассматриваются публикации, отражающие результаты исследований в различных областях технологии и организации производства, которые использованы в диссертационной работе. Решению технологических проблем посвящены исследования Амирова Ю.Д., Алферовой Т.К., Волкова П.Н. и др. - оценка и обеспечение технологичности конструкции, Васильева А. С, Колесова И. М., Кондакова А. И., Митрофанова С. П., и др. - обоснование выбора рационального варианта заготовок, Баранникова В. И., Гордиенко А. И., Хейфица М. Л., Чемисова Б. П., Макарова М. В., Тарапанова А. С, Харламова Г. А. и др. - обоснование рациональных областей применения прогрессивных методов обработки, Безъязычного В.Ф., Дальского A.M.,

Васильева А.С., Кожуро Л.М., Мрочека Ж.А., Суслова А. Г., и др. -обеспечение качества поверхностного слоя деталей, в т.ч. с учетом влияния наследственности и обеспечение эксплуатационной надежности деталей машин. Вопросы технико-экономического обоснования рациональных структур машиностроительных производств рассматриваются в исследованиях Валуева С. А., Волкова В. Н., Градова А. П., Денисов А. А., Мясникова В. А., Пономарева В.М., Соломенцева Ю. М., Сосонкина В.Л., Темникова Ф. Е.

По результатам проработки материалов исследований сделаны выводы, что в настоящее время научные исследования проводятся в основном или по решению технологических проблем, направленных на повышение эффективности методов обработки, достижения заданных требований качества объектов обработки или по совершенствованию организации производства на основе принятых методов и средств обработки. Вопросы оптимизации производственных структур проработаны в основном для условий массового и крупносерийного производства, в то время как в настоящее время являются актуальными проблемы создания гибких автоматизированных производств с часто сменяемой номенклатурой объектов обработки. Поэтому поставленная в диссертации тема исследования является актуальной.

В главе 2 приведены материалы анализа рациональности технологических и организационных решений на примере ОАО Гаврилов-Ямского машиностроительного завода «АГАТ». Предприятие выпускает законченные топливные агрегаты для авиационной промышленности и гидравлические агрегаты для дорожной строительной техники. Оба вида продукции относятся к разряду наукоемкой, т.к. к агрегатам в целом и к входящим к ним деталям предъявляются высокие требования по точности обработки, шероховатости поверхностей и к взаимному расположению деталей в сборочных единицах.

Парк технологического оборудования на ОАО «ГМЗ АГАТ» составляют в основном современные станки с ЧПУ, в том числе и типа «Обрабатывающий центр», что обеспечивает высокий уровень механизации и автоматизации производства. Существенным недостатком технологии является возрастной

состав металлорежущих станков Положительным моментом является повышение темпов обновления оборудования за последние годы. При этом наблюдается увеличение доли оборудования типа «Машинные обрабатывающие центры» и «Токарные обрабатывающие центры» для комплексной обработки деталей, станков для электрохомических и электрофизических методов обработки, что является наиболее перспективным направлением для серийного производства.

Проведенный анализ организации производства показал, что доля нахождения деталей в обработке при обычном режиме планирования и организации производства составляет около 9% от общей длительности производственного цикла, при аварийном режиме - около 17% . Другим недостатком в организации производства являются простои станков с ЧПУ при ожидании замены обработанной детали на новую заготовку. Время ожидания замены заготовки доходит до 12-15 минут на станок. Данный вид простоев объясняется недостатком квалифицированных наладчиков станков с ЧПУ, что приводит к увеличению числа обслуживаемых станков, закрепленных за одним наладчиком.

В главе 3 предлагается математическая модель комплексной оценки влияния технологических и организационных факторов на эффективность механообрабатывающего производства. Основной трудностью при принятии технологического решения является необходимость проработки значительного количества вариантов возможных решений. На рисунке 1 приведена связь показателей качества производственного процесса с технологическими и организационными параметрами процесса, из которого видно, что на каждый показатель качества детали и на каждую характеристику производственного процесса влияет значительное количество параметров, которые часто взаимно связаны Многовариантность выбора и принятия рационального технологического и организационного решения может быть реализована только с помощью автоматизированной системы. Алгоритм системы приведен на рисунке 2.

Показатели качества производственного процесса

Технологические и организационные характеристики процесса

Качество обработки

Производительность

Метод обработки

Применяемое оборудование

Инструмент

Качество

поверхност-

ного слоя

детали

Гибкость Оснастка

маршрута

обработки

Структура производственной

Показатели

механизации системы

и автоматизации

Вариант системы обслуживания рабочих мест

Длительность

производст-

венного цикла Размер партии запуска деталей

Рис. 1 Связь показателей качества производственного процесса с технологическими и организационными параметрами процесса

Рис.2 Алгоритм системы принятия рационального технологического и организационного решения

Разработанная система обеспечивает решение следующих задач:

- формирование маршрутов обработки детали для различных вариантов оборудования в виде количества технологических операций, необходимых для обработки детали;

- расчет трудоемкости обработки детали для принятых вариантов оборудования;

- расчет затрат времени работы станков (станкоемкости) для различных вариантов структур производственных систем в зависимости от уровня автоматизации производства и условий организации производства;

- расчет приведенных затрат и себестоимости детали по вариантам структуры производственной системы;

- сравнение приведенных затрат и выбор рационального варианта производственной системы.

В качестве исходной информации используются конструкторско-технологические характеристики, в том числе: тип детали и ее материал, габаритные размеры, виды и характеристики по точности и шероховатости элементов деталей а так же годовая программа изготовления деталей.

На первом этапе по исходным данным система определяет рациональные методы обработки в зависимости от типов и характеристик конструктивных элементов детали. Выбор методов производится по рекомендуемым рациональным областям их применения. Далее производится автоматизированный процесс технико-экономического варианта оборудования и структуры производственной системы. В качестве вариантов оборудования приняты: станки с ручным управлением, одноинструментальные станки с ЧПУ, станки с ЧПУ с револьверной головкой, многоинструментальные станки с ЧПУ типа «Обрабатывающий центр».

Трудоемкость обработки детали для различных вариантов оборудования определяется по формуле:

где - суммарное количество переходов, зависящее от требований точности и шероховатости элементов;

-среднее время выполнения одного перехода при обработке конструктивных элементов, мин. Определяется при проведении анализа состояния технологии и организации производства на конкретном предприятии;

- коэффициент, учитывающий обрабатываемость материала;

- подготовительно- заключительное время на операцию, мин. Определяется как среднее значение при анализе технологии и организации производства или по нормативам;

- количество операций в маршруте обработки детали. Зависит от

варианта применяемого оборудования, характеризуемого коэффициентом совмещения переходов;

М,- - количество запусков деталей в течение года. Вводится пользователем системы;

^уст - время установки и снятия детали, мин. Определяется или по

нормативам или при анализе технологии и организации производства; - коэффициент, зависящий от размеров детали.

Фактическая производительность для различных вариантов оборудования с учетом организационных потерь для условий серийного и мелкосерийного производства, в т.ч. и для автоматизированных станочных комплексов рассчитывается по формуле:

1

где 1рх1 - средняя длительность одного рабочего перехода;

Б, - число переходов в технологической операции;

гх|, - время установки и снятия детали; ,

п - количество операций в технологическом процессе обработки детали; - время чистки приспособления;

1Х| з. время замены или корректировки управляющей программы;

1х2 - время выхода инструмента в исходную позицию, время изменения координат обработки;

¡хЪ - время на открепление, замену и закрепление инструмента.

А - количество инструментов, используемых в технологической операции.

т|ИИ1- коэффициент использования станков с учетом технических и организационных потерь фонда времени.

Математическая модель позволяет рассчитать прогнозную трудоемкость обработки детали в условиях организации групповой обработки и производительность станочной системы в .условиях мелкосерийного производства.

Применение в качестве критерия оценки рациональности структуры производственной системы уровня затрат планового фонда времени работы оборудования позволяет объективно оценить эффективность предполагаемых для внедрения организационных мероприятий, влияющих на изменение коэффициента использования оборудования.

В главе 4 приведена инженерная методика проведения работ по комплексной оценке и выбору рационального варианта технологического решения. Методика охватывает процедуры отработки деталей на технологичность, подготовку исходной информации о деталях, расчет трудоемкости обработки деталей, станкоемкостей для различных вариантов производственных структур. В качестве вариантов структур рассматриваются: комплексно-механизированное производство, автоматизированное

производство, комплексно-автоматизированное производство, гибкая производственная система. По всем вариантам рассчитывается себестоимость деталей и рекомендуется оптимальный варианта по критерию минимальной себестоимости.

Апробация системы проведена на примере типовых деталей ОАО ГМЗ «АГАТ»: «Золотник распределительного клапана» 2289.005 - 8 для деталей «тела вращения» (Рисунок 3) и «Корпус клапанов» 2214.002 - 8.

для деталей «кроме тел вращения» (Рисунок 4).

Рис. 3. Типовая деталь «тела вращения» 2289.005 - 8 «Золотник распределительного клапана» Результаты расчетов, приведенные в диссертации, подтверждают адекватность разработанной методологии и возможность рекомендации ее для практического применения.

Рис. 4. Типовая деталь «кроме тел вращения» 2214.002 - 8 «Корпус клапанов»

В приложении 1 приведены акты о внедрении научно-технической разработки.

В приложении 2 приведены данные о возможности методов обработки в обеспечении точности размеров и параметров качества поверхностей деталей машин.

В приложенииЗ приведены результаты расчета технологической себестоимости обработки типовых деталей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

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.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА

1. Безъязычный В. Ф., Шилков Е. В., Корытов В. Н. Методика проведения работ по комплексной оценке и выбору рационального варианта технологического решения. - Рыбинск. РГАТА, 2001. с.

2. Безъязычный В. Ф., Корытов В. Н. К вопросу оценки производительности оборудования в мелкосерийном и серийном механообрабатывающем производстве. // Инструмент и технологии. Российский научно-технический журнал. 2003. №11-12. с. 59-62.

3. Безъязычный В. Ф., Шилков Е. В., Корытов В. Н. О совершенствовании методики работ по принятию рациональных технологических решений. // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева: Сборник научных трудов. - Рыбинск, 2003. -№1. с.134-137.

4. Корытов В. Н., Шилков Е. В. К вопросу обоснования технологических решений по автоматизации механической обработки деталей гидроаппаратуры и топливной аппаратуры. // Проблемы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Рыбинск: РГАТА, 2003. -с. 27-30.

5. Безъязычный В. Ф., Шилков Е. В., Корытов В. Н. Методология технико-экономического обоснования рациональных вариантов технологических решений для серийного и мелкосерийного производства. // Инструмент и технологии. Российский научно-технический журнал. 2004. №10-с. 48-52.

6. Безъязычный В. Ф., Корытов В. Н., Шилков Е. В. Обоснование эффективности механообрабатывающего производства на этапе принятия

технологического решения. // Справочник. Инженерный журнал. 2004. №3. С. 43-45.

7. Корытов В. Н. Основные направления совершенствования технологии и организации производства на ОАО «Агат».// Моделирование и обработка информации в технических системах. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Рыбинск. РГАТА, 2004. с.

Зав. РИО М.А. Салкова

Подписано в печать 26 ■ М 04 Формат 60x84 1/16. Уч.- изд. л. 1.2. Тираж 100. Заказ 156 Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева (РГАТА) Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

¡«2450 Т

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ОБОСНОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕМУ ПРОИЗВОДСТВУ.

1.1. Оценка технологичности деталей машин.

1.2. Теоретические основы выбора рационального варианта заготовки.

1.3. Критерии оценки и выбора оптимального варианта метода обработки деталей.

1.4. Автоматизация формирования структуры технологических процессов.

1.5. Рекомендации по автоматизации формирования структуры производственных систем.

1.6. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ПРИМЕНЯЕМЫХ

НА РЕАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ.

2.1. Анализ технических характеристик деталей топливной и гидравлической аппаратуры.

2.2. Анализ применяемых методов обработки деталей и оценка рациональности применения других методов.

2.3. Анализ состояния организации производства.

2.4 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕГО

ПРОИЗВОДСТВА.

3.1. Алгоритм модели и исходные данные.

3.2. Описание блоков системы.

3.3. Расчет производительности оборудования и производственных систем в условиях мелкосерийного производства.

3.4. Математическая модель оценки комплексного влияния технологических и организационных факторов на производительность производственной системы.

3.5 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКЕ И ВЫБОРУ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ.

4.1. Методика отработки деталей на технологичность для обработки в автоматизированном производстве.

4.2. Формирование базы исходной информации для проведения расчетов.

4.3. Проведение пробного расчета производственной структуры.

4.4 Выводы по четвертой главе.

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 деталей; минимизация 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.

133

1. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / В. С. Корсаков, Н. М. Капустин, К. X. Темпельхоф и др.; Под общ. ред. Н. М. Капустина. - М.: Машиностроение, 1988. — 303 с.

2. Амиров Ю. Д. Научно-техническая подготовка производства. — М.: Экономика, 1989 -230с.

3. Амиров Ю. Д., Янковский Г. А. Ресурсосбережение и качество продукции. М.: Изд - во стандартов. 19887.

4. Базров Б. М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с.

5. Базров Б. М. Новый метод организации производства // Инженерный журнал-справочник. -2003. №3.

6. Балакшин Б. С. Теория и практика технологии машиностроения. Избранные труды в 2-х книгах. М.: Машиностроение. 1982.

7. Бараников В. И., Тарапанов А. С., Харламов Г. А. Обработка специальных материалов в машиностроении: Справочник. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2002. 264 е., ил.

8. Безъязычный В. Ф. Управление процессом обработки для обеспечения качества поверхностного слоя // Инженерия поверхности. Приложение. Справочник. Инженерный журнал. 2002. №9. С. 14-16.

9. Безъязычный В. Ф., Шилков Е. В., Корытов В. Н. Методика проведения работ по комплексной оценке и выбору рационального варианта технологического решения. — Рыбинск. РГАТА, 2001. с.

10. Безъязычный В. Ф., Корытов В. Н. К вопросу оценки производительности оборудования в мелкосерийном и серийном механообрабатывающем производстве. // Инструмент и технологии. Российский научно-технический журнал. 2003. №11-12. с. 59-62.

11. Безъязычный В. Ф., Корытов В. Н., Шилков Е. В. Обоснование эффективности механообрабатывающего производства на этапе принятия технологического решения. // Справочник. Инженерный журнал. 2004. №3. С. 43-45.

12. Брондз Л. В. Технология и обеспечение ресурса самолетов. — М.Машиностроение, 1983. 568 с.

13. Васильев А. С. и др. Технологические основы управления качеством машин. -М.: Машиностроение. 2003.

14. Васильев А. С., Кондаков А. И. Выбор заготовок в машиностроении. // Справочник. Инженерный журнал. 2002. Приложение № 11 к журналу.

15. Волчкевич Л. И., Ковалев М. П., Кузнецов М. М. Комплексная автоматизация производства. М.: Машиностроение, 1983. 269 с.

16. Гаврилова Т. М. Влияние ультразвука на качество поверхности при раскатывании. Известия высших учебных заведений. №8 2002. Машиностроение. Изд во МГТУ им. Баумана.

17. Гибкие автоматизированные комплексы / Под ред. П. Н. Белянина и В. А Лещенко. М.: Машиностроение. 1984. - 387 с.

18. Елисеев Ю. С., Новиков В. С. и др. Профильное глубинное шлифование зубчатых колес. //Вестник машиностроения. № I. — 2001.

19. Епифанов В. В., Ефимов В. В. Экономическое обоснование выбора станков с ЧПУ для изготовления деталей типа тел вращения. Вестник машиностроения №7, 2002г.

20. Информационные технологии в наукоемком машиностроении. Киев «Техника» 2001. Под ред. А. Г. Братухина.

21. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения. М. Высшая школа, 2001.-591 с.

22. Кондаков А. И., Маштаков А. В. К вопросу об автоматизации выбора исходных заготовок.// Изв. ВУЗов. Машиностроение. 1990. № 5. С.129-133.

23. Кондаков А. И. Формирование информационной основы проектирования маршрутных процессов изготовления деталей. // Справочник. Инженерный журнал. 2001. №3. С. 15-20.

24. Кондаков А. И. Автоматизация синтеза процессов изготовления деталей машин. // Справочник. Инженерный журнал. 2002. Приложение №11 к журналу.

25. Кондаков А. И. Структурное наследование и подобие технологических объектов // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1997. № 2. С.89-95.

26. Кондаков А. И. Геометрическо-технологическое моделирование предметов производства в генеративных САПР ТП. // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1997. № 4. С. 90-95.

27. Корытов В. Н. Основные направления совершенствования технологии и организации производства на ОАО «Агат».// Моделирование и обработка информации в технических системах. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Рыбинск. РГАТА, 2004. с.

28. Материальные ресурсы, рациональное использование и экономика. М. ¡Экономика, 1985. — 376 с.

29. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 111-3. Технология изготовления деталей машин. / А. М. Дальский, А. Г. Суслов, Ю. Ф. Назаров и др.; под общ. дед. А. Г. Суслова. 2000. 840 с.

30. Митрофанов С. П. Групповая технология изготовления заготовок серийного производства. Л.: Машиностроение. 1985.-240с.

31. Макаров М. В. Повышение эффективности точения инструментом из СТМ на основе назначения рациональных режимов резания с учетом ультразвуковой диагностики его свойств.: Дисс. канд. тех. наук. Рыбинск, 2002. - 210с.

32. Осадчий Н.В. Определение технических условий обработки резанием по заданному значению усталостной прочности деталей ГТД.: Дисс. канд. тех. наук: Рыбинск. 2002. - 206 с.

33. Отделочные операции в машиностроении. Волков Б. Н., Яновский Г. Л. М.: Машиностроение. 1995. -240с.

34. Полетаев В. А. Комбинированная обработка поверхностей тел вращения фрезерованием и фрезоточением с учетом технологическогообеспечения их динамической устойчивости.: Дисс. канд. тех. наук: Рыбинск. -2001.-493с.

35. Рыжов Э. В., Аверченков В. И. Оптимизация технологических процессов механической обработки. Киев: Наук. Думка, 1989.-192 с.

36. Сальников В. С. Научное обоснование эффективного энергопотребления технологических систем. -М.: Машиностроение, 1998, -251с.

37. Синергетические аспекты физико-химических методов обработки /А. И Гордиенко, М. Л Хейфиц, Б. П. Чемисов и др. Мн.: ФНТ; Полоцк: ПТУ, 2000. 172с.

38. Системный анализ в экономике и организации производства. / Под общ. ред. С. А. Валуева, В. Н. Волковой. Л.: Политехника. 1991.-398с.

39. Системный анализ. Теория и практика. Кострома: Изд-во Костром, гос. технол. универ-та. 2001,- 208с.

40. Системное проектирование интегрированных АСУ ГПС машиностроения. /Под ред. Ю. М. Соломенцева, В. А. Исаченко, В. Я. Полыскалина. — М.: Машиностроение. 1988. 487с.

41. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов. / Под ред. В.М. Пономарева. Л.: Машиностроение, 1986. -319 с., ил.

42. Системное проектирование радиоэлектронных предприятий с гибкой автоматизированной технологией. / В. Н. Волкова, А. П. Градов, А. А. Денисов и др. Под ред. В. А. Мясникова, Ф. Е. Темникова. М.: Радио и связь, 1990.-295с.

43. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей / Колл. авторов; Под ред. А. Г. Братухина, Г. К. Язова, Б. Е. Карасева. М.: Машиностроение, 1997. 416.: ил.

44. Соломенцев Ю. М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. — М.: Машиностроение, 1988, 351с.

45. Сорокин В. М. Антропов С. П. Анализ технологий обработки цилиндров. / Сб. матер, всероссийской кон. «Технологии в Машино-и приборостроении на рубеже XXI века» Н-Новгород: 2000. — с. 120-126.

46. Сорокин В.М. Белоглазов В. В., Тарасова Е. А. Пути повышения качества распределительных валов двигателей.//«Качество машин» Сб. тр. 4-й междунар. науч.- техн. конф. Брянск. ч. 2.: 2001. — с. 236-237.

47. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение-1, 2001. 912 с.

48. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. — М.: Машиностроение, 1989,-295с.

49. Сулима А. М. и др. Основы технологии производства газотурбинных двигателей: Учебник для вузов. / А. М. Сулима, А. А. Носков, 3. Г. Серебренников. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1996.-479с.

50. Суслов А. Г.Совершенствование существующих и разработка новых методов обработки для повышения качества поверхностного слоя. Инженерный журнал № 10, 2001, с. 22-24.

51. Суслов А. Г., Дальский А. М. Научные основы технологии машиностроения. М: Машиностроение, 2002. - 684 е., ил.

52. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320с.

53. Суслов А. Г. Лекции по наиболее сложным темам курса «Основы технологии машиностроения». Приложение к инженерному журналу — справочнику. №3 2003.

54. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

55. Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей. / Под ред. Б. Н. Леонова, А. С. Новикова. — Рыбинск, 2000.

56. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве /А. М. Дальский, Б. М. Базров, А. С. Васильев и др.: Под ред. А. М. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2000. 364 с.

57. Технологические основы гибких производственных систем: /Под ред. Ю. М. Соломенцева. Изд. 2-е исправл. М: Высшая школа, 2000. 255 с.

58. Технологические процессы механической и физико-механической обработки в авиадвигателестроении. Под общ. ред. В. Ф. Безъязычного. — М.: Машиностроение. 2001.

59. Технологичность конструкции изделия: Справочник / Ю.Д. Амиров, Т.К.Алферова, П.Н.Волков и др.; Под общ. ред. Ю.Д.Амирова. -М. Машиностроение, 1990.-786с.

60. Технологические основы управления качеством машин / А. С. Васильев, А. М, Дальский, С. А. Клименко, Л. Г. Полонский, М. Л. Хейфиц, П. И. Ящерицын М.: Машиностроение, 2003. 256 е., ил. (серия «Библиотека технолога»).

61. Федюкин В. К. и др. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции. /В. В. Федюкин, В. Д. Дурнев, В. Г. Лебедев. -Изд. 1-е перераб. и доп. М. : «Филинь». Рипант. 2001. - 328 с.

62. Хейфиц М. Л., Кожуро М. Л., Мрочек Ж. А. Процессы самоорганизации при формировании поверхностей. Гомель: ИММС НАНБ, 1999. 276с.

63. Чукин С. А. и др. Расчет экономической эффективности организационно-технических мероприятий в машиностроении / С. А. Чукин, А. А. Сорокин, А. Ю. Зеленков. М.: Машиностроение, 1986. -184с.

64. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справочник методическое пособие / Авторы - составители : Г. Я. Валин, Л. В. Дубникова, Е. А. Замятин и др. Под общей ред. С. К. Сергеева. НГГУ, НИЦЭ - : Н. Новгород. 2001г.

65. CALS в авиастроении. / А. М. Братухин, Ю. В. Давыдов, Ю. С. Елисеев, Ю. Б. Павлов, В. И. Суров, / Под научной редакцией А. Г. Братухина. М.: Изд-во МАИ. 2000. - 304 с.