Разработка организационных и технико-экономических методов производства деталей на принципах модульной технологии тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Разработка организационных и технико-экономических методов производства деталей на принципах модульной технологии"

и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННЫХ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ НА ПРИНЦИПАХ МОДУЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

08.00.28 — организация производства (промышленность)

На правах рукводеи

Мынжасаров Рахымбай Исатаевич

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Колобов А. А.

Официальные оппоненты: доктор экономических наук,

профессор Парамонов Ф. И.

кандидат технических наук, доцент Шалимов Б. С.

Ведущая организация: НПО «ОРГСТАНК.ИНПРОМ»,

г. Москва

Защита состоится «Ш » 1993 г. в час.

на заседании специализированного совета К 053.15.16 в Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана, по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Телефон для справок: 267-09-63.

Автореферат разослан « ^ »№^£¡1^1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета/

д. т. н., профессор Ч^ /Садовская Т. Г.

Подп. к нсч. 24.09.93 г. Заказ 531. Объем 1 и. л. Тир. 100 эк». Типография МГТУ им. Ы. Э. Баумана.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее врэик ьилшшстрожтель-ноо производство, характвриэувэдэвся относительно быстрой сменой поксшний всой номенклатуры внпускааиих изделий, непрерывной модификацией их в прадедах каздого поколения прн мелкосерийном типа производства, ггуддзатся в совершенствовании производства, его организации я -зхнолопш, о наиболее полным и экономичным использованием всэх ресурсов. Признавая сегодня кризисное состояние нашей экономии! к отставания в машиностроении, положение дал с научно-техническим прогрессом можно охарактеризовать не иначе, как весьма тревожное. Причины отставания машиностроения известны. Они неотделима от отставания в экономическом и социальном развитая страш. Сложившаяся структура производственного потенциала страны непрогрессивна, техническая и технологические базы производств во шогом устарели и требуют замены морально устаревшего оборудования и устаревших технологий, что наряду с недостаточной квалификацией кадров препятствует ке только внедрению принципиально новых технологий, но и использованию всесторонне отработанных наукой и проверенных практикой ресурс*. -сберегапцих технологий, быстрой смене продукции машиностроения. Поэтому большую актуальность приобретают задачи повышения эффективности шшиностроительного производства, требующие разработки новых технологических процессов, обеспечивающих необходимый Уровень качества изделий, направленных на повышение производительности труда, снижение себестоимости продукции и разработки новых методов организации производства. В процессе производства деталей на эффективную работу станков, влияют организационные методы, т.е. нужно формировать таких планов запуска деталей и расписаний, таких вариантов группирования деталоопераций, которые позволили бы минимизировать затраты на операций, по переналадке оборудования, транспортировке, а такаэ сокращение простоев оборудования я сокращение сроков производства деталей.

Цель я задачи исследования. Основной целью данной работы является разработка организационных и технико-экономических мотодов оптимизация функционирования производственных систем в условиях модульной технологии, обеспечивающих минимизировать длительность цикла обработки деталей и сократить производственные затраты.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов технологии и основных положений проектирования модульной технологии.

2. Разработать организационных форм 'Реализация принципов модульной технологии для построения производственных систем.

3. Разработать и обосновать критерий эффективности функционирования производственных систем в условиях модульной технологии.

4. Разработать метод моделирования производственного процесса, позволявшего минимизировать длительность цикла Счаботки.

5. Разработать алгоритмы аналитического расчета длительности цикла обработки по стоимостным критершм.

6. Разработать экоаомико-ма тематическую модель оптимизации длительности цикла.

Предметом исследования в настоящей работе являются вопросы теории и методов повышения эффективности функционирования производственных систем в условиях модульной технологии.

В качестве объекта исследования выбрана одна из ведущих отраслей машиностроения - станкостроительная промышленность.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались принципы групповой и модульной технологии и построения вкономико-математических моделей, а также разработанный метод моделирования производственного процесса.

Научная новизна проведенного исследования состоит в следующей:

1. Предложен метод разработки типовых модульных технологических процессов изготовления детали.

2. Разработан и обоснован критерий эффективности функционирования производственных систем.

3. Разработав рациональный метод моделирования производственного процесса,позволялций минимизировать длительность цикла обработки (метод перестановок) .

4. Разработаны алгоритмы аналитического расчета длительности цикла обработки интегральных модуле! поверхностей (МНИ) деталей. позволяющие по стоимостным критериям установить порядок обработки модульных поверхностей комплекта деталей.

Практическая ценность работа. Разработанные в диссертации эконошжо-тте магическая модель оптимизации длительности цикла

и мэтод разработки типовых технологических процессов изготовления детали позволяет машиностроительному предприятию в условиях, единичного и мелкосерийного производства:

- организовать поточный мэтод изготовления деталей;

~ сократить объем и сроки технологической подготовки производства (ТПП), а также расхода на технологическую оснастку;

- минимизировать длительность никла обработки за счет установления оптимальной последовательности запуска деталей в обработку;

- снизить трудоемкость ТПП;

- снизить себестоимость изготовления деталей;

- повысить эффективность мэханической обработки заготовок и ее автоматизация.

Апробадия результатов исследования. Основные теоретические и методические положения диссертационной работы были доложены и положительно отмечены на заседаниях кафедры "Экономика и организация производства" МГТУ им.Н.Э.Баумана, на республиканской научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и экология", Актау, 1992 г. и на заседаниях НТС Тушинского машиностроительного завода к Московского ПО "Станкостроительный завод" им .С .Ордзсошкидзо. •

Публикации. По материалам диссертации опубликованы четыре печатные работы. *

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, двух приложений, 38 рисунков, заключения н списка литературы, включаицего 97 наименований.

содвтгоЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор теш исследования, ее актуальность, связь с народнохозяйственными проблемами; формулируются цели и задачи, основные научные положения.

В первой главе - "Анализ состояния современных методов организации построения технологических процессов*' - проведен анализ существующих мэтодов технологии и организационных фор« изготовления деталей, а также основных положений проектирования модульной технологии.

Соврешнная технология механической обработки заготовок

с троит-ся по принципу обработки отдельных поверхностей, из которых состоит деталь. Зто справедливо для единичных, типовых и групповых технологических процессов.

Сусйотвуицая на многих заводах устаревшая система ТШ1, базирующаяся на разработке и применении единичных технологических процессов, не способствует техническом: прогрессу.

Методика типизации технологических процессов для сходных по конфигурации и технологическим особенностям деталей, предусматривающая их изготовление по одинаковым технологическим процессам, В результате классификации устанавливает огромное количество типов даталой» следовательно, и типовых процессов получается очень большим. Развитием идей типизации технологичен ж процессов является метод групповой обработки, объединяющий детали по приыэняеиому для обработки типу оборудования, единотву технологического оснащения, общности постройки станка с использованием комплексной детали.

Епавннм препятствием для широкого внедрения типовых и групповых процессов является ошибочный выбор объекта классификации, исходного для построения технологического процесса. Когда аа объект классификации принимает детали, разбиение их на типы усложняется потому, что они описываются большим числом характеристик.

С целью устранения недостатков существующих методов построения технологических процессов, проф. Б.М.Базровым была разработана модульная технология, которая объединяет преимущества единичного, типового и группового процессов,т.0. учитывает специфику изготовляемой детали, сохраняет типизацию решения на уровне частей технологического процесса,решает задачу организации партий деталей не толь ко »шлко серийном, но даже и в единичном производстве, а также приобретает гибкость.

В качестве объекта классификации принимают сочетание поверхностей, предназначенных для совместного выполнения законченной служебной функции детали. Такое сочетание поверхностей или отдельная поверхность называется модулем поверхностей (МП) .

Анализируются также другае этапы проектирования модульной технологии:

- формирование интегральных модулей;

- анализ размерных связей МП;

- формирование маршрута и операций обработки.

8

Во второй главе - "Организационные формы построения производственных систем в условиях модульной технологии"- рассматриваются основы модульной технологии, проводится исследование влияния конструктивно-технолопгческих параметров деталей» представленных совокупностями МП, на организационные формы производственных систем; обосновывается и разрабатывается критерий эффективности функционирования производственных систем.

Исследование мг-адства деталей различного назначения и входящие в различные изделия показывает, что все они состоят из ограниченного количества МП. На основе изучения и анализа служебного назначения поверхностей деталей, разработана классификация Ш, охватывающая всю их номенклатуру (рис.1) .

Согласно классификации все МП деталей делятся на три класса: базирующие МП - это поверхности деталей, с помощью которых определяется ее положение в сборочной единицей Рабочие Ш определяются служебным назначением машины. Связупцие МП не принимают участия в выполнении деталью своего назначения, а служат для объединения МПБ и МПР и придания деталям конструктивных форм и размеров. В дальнейшем МП группируются по конструктивным признакам, учитывающим характер расположения и геометрию поверх; с-тей.

На основе этой классификации любую деталь можно расчленять на МП или создать из этих Ш любую деталь, входящую в эту глас- ' сификашго.

Разработка технологического процесса представляет собой разработку технология изготовления МП, из которых состоит деталь. Поскольку детали содержат десятки и сотни МП, а это в свою очередь увеличивает число модульных технологических процессов, поэтому все МП объединяются в грушш, основой которых являются конструктивные признаки, отражающие их связь со служебным назначением, называемые интегральные МП (МПИ).

Таким образом, МПИ - это сочетание поверхностей конструкторского модуля с сопутствующими ему МП, которое объединяют общие размерные связи.

Ограниченность номенклатуры МП позволяет в основу разработки модульных технологических процессов изготовления деталей положить типовые технологические процесоы МП. Поэтому на МП кавдого наименования разрабатывается группа типовых технологических процессов, называемые технологическими блоками (ТБ), учиты-

1 q»onxdaflou SDWKRdDH 6DH»OVû r- i d¡4HVRdDH мшэЬЫ« шзокйгзои

I WOHWSBOU Кбннмшна ЮНЖОУЭ - BMHHSdJJW« кшэйой июонймоц

ем и WwBtoodalJ WL5OHXd380U| г s V I imOHXdeSOU ЭМНШЬН ЭИЖЮУи

5 mooHXdaaou ЭИМЭОУи JL »r- VUDOHXdaSOU зиннэахш avuoovu

п

qiaoiadwou

№НЖ»)РН ЬРНЖОУр

qiooHxdaaoü ыьннаащц SOHKOVQ

ъййдйоЗа mooHxdaaou

M30HXÚS90U

awMOovu

Ч1Эонй)эаои

fePHyfidpH ВРИЖОУО

! «шшимои 1«РИИЭШЙ№ИЖОУ0

к

-хэотиишкжмгаои |&>НЖМЬН БОХШ4НОМ

чэшичюокмэаои ¡•кнацш божвшкя

о.

iO

4P

в fí

•хооуии HiooHïdaaou ашэьЫУншФ gag

'НШШ fcoX-HHVMh

и шзояооуц wV

S|1I

82a

H

чшюоги и 'HXdaaou ; ¿оюэьиш Kogogqgad

«иэоаэоти и -нмэвои

i

JA

,.oti¡ ego?

0<Q осе

4

"" шонмаши эянжкЮн одэоуи

WL00HW38OU

|эиниа<ша>а amoovii

, ~ eRHÄfidPH ;кииаЬрй HiooHXdasoij

ЭИННЭ*11ЯН9 шзкш июонх^ааои

Mioomtdaeou dNHJWWDH ewoovu

VU30HM380U l3KHHBdifW ЭШОУЦ

ajLOOMoovu M И1-нм»аои еююкмрн анхэанмУнишЬ ««V

- SboxiovU'U

imtíbMouаидаэгшм iSoxMMUTMMvirti aev

I cuooHxdattoU

BMUWtfOH BtWHffHKVMn

К ' ихооуэоуи эяУ|

{eeUHMINa ÍD}Hd*H*VHll

И шаоаэоуи аау

QiOOJtDOVU И

<иэон>Ыэвои бонжмон ВР>5?ЫМОХ SoScyKsd

ЯЮОКЭОУи И] }<иэаша«ои (винишь! I »рмамио» BPBowcadl

Ч1ЭО*ЭОУйН qj3MW*«0U »DHÜMDM •jgmmíDjoí»

BP»-WIY>W «р^оачсм Cibóxbovb U Jwmmotou ввмнадена

fcPH-HHVHB 8Р»9ЯЕ»а

о 8

M

р.

<и £

s о о

о

Я

вавщих его разнообразив по размерам, материалу, требованиям к качеству и точности.

Типовой ТБ включает метод обработки, технологические переходы и инструментальные наладкя. Это позволит использовать его на любом предприятии после некоторой доработки на стадии проектирования операции.

Таким образом, в основу модульной технологии положено изготовление МП.

Разработка модульного технологического процесса изготовления детали включает:

- представление детали как совокупность МП;

- установление конструкторских размерных связей;

- формирование МПИ из МП детали; •

- выбор технологических баз и последовательность обработки МПИ;

- разработка технологического блока ТБ для изготовления {ЯШ;

- разработка маршрута технологического процесса и проектирования операции.

На рис.2 представлена структура формирования модульной технологии. Пример реализации метода получения интегральных МП представлен на рис.3.

Таким образом, результатом модульного технологического процесса является ТБ по изготовлению МПИ.

Анализ МП деталей показывает, что различные детали имеют МПИ одного обозначения и, следовательно, могут быть обработаны на одном и том же станочном модуле по соответствующему ТБ. Результатом исследования влияния конструктивно-технологических параметров деталей на организационные формы явилась объединение МП разных наименований под один станочный модуль, что производилось по конструктивным признакам, методам обработки и кинематике формообразующих движений. Исследование показывает, что для всех деталей сложно обеспечить прямоточпость и ритмичность, это объясняется различием в маршрутах обработки деталей, а также том обстоятельством, что и одни и те же станки заняты под обработку деталей разных наименований.

Использование модульной классификации обрабатываемых поверхностей деталей позволяет для большого массива деталей формировать однонаправленный технологический маршрут обработки, что дает возможность формировать оптишльный номенклатурный план ■.'•.-,".--'.. 7

БАНК типовых , мпи ¥

6АНК

типовых Л&.

Рис.2 Структура формирования модульной технологии

иетдз

пгяявян

Рис.3 Формирование интегральных модулей поверхностей из МП

предавтно-специализпрованных производотвенцых участков. Планировка таких участков должна строиться по модульному принципу, исходя из прямоточносги движения закрепленных за участком деталей.

После прохоздеиия каждого участка комплект закрепленных дата-лей расформировывается и при необходимости дальнейшей обработки детали закрепляются в новые комплекты для обработки на других > участках. Блок-схема последовательного комплектования деталей в модульные группы представлена на рис.4.

При планировании работы подобных предметных модульных участков с целью минимизации длительности цикла обработки можно использовать матричный метод моделирования производственных процессов. Задача заключается в создании такой последовательности запуска деталей в обработку, которая обеспечивала бы минимальную длительность цикла обработки всего комплекта закрепленных за участком, деталей.

Матричный штод моделирования производственных процессов представляет собой математический штод нахождения оптимальной последовательности обработки деталей, минимизирующий цикл их обработки. При этом величина простоев станочных модулей и время пролокивания деталей в ожидании обработки принимаю? минимальные значения.

Однако минимум длительности производственного цикла обработки деталей не является единственным критерием оценки эффективности работы производственной системы, так как но учитывает затраты, связанные с простоем оборудования и пролемваниэм деталей (рис .5) .

Рассматривается несколько подходов в определении экономии от сокращения времени пролеживания материальных средств, которые в формализованном виде можно представить:

о

Рис.4 Блок-схема формирования производственной программы по модульным участкам

1,1.

*

Время

а)

Об Д , СИ1, о* '

Е^+ЕЬ

Риг.

Рис.5 Графики нарастания затрат прл поспорашгояной обработке детали

до/- процентная ставка кредита, приведенная к единице времэ-нй, соизмеримой с длительностью цикла; изаг- стоимость заготовки обрабатываемой детали; С, - стоимость стаяко-часа (станко-минуты) обработки на ^-й операции технологического маршрута; - время обработки детали на й операции (¿с^т). 1°:*- время гролеживания детали перед (после) наядой техноло-

* ОЖ «

гачэской операции, причем Ьи.

В третьей глава - "Разработка метода минимизации длительности цикла обработки"- рассматривается модернизация матричного метода моделирования производственного процесса, разработаны алгоритмы аналитического расчета длительности цикла обработки 1дШ деталей, разработана экономико-математическая модель (ЭММ) оптимизации длительности цикла, основанная на предложенных критериях эффективности.

Существующие метода составления оптимальных планов-графиков работы участков имеют ряд достоинств и недостатков. Одной из новых, перспективных разработок,, отвечающих предъявляемым требованиям построения оптимального расписания, минимизирующего цикл, является матричный метод моделирования производственного процесса обработки деталэй. Названный метод основан на послэдоват;чь-ном целенаправленном выборе из всех возможных вариантов пары крайних номеров деталей (I,К) для получения последовательности характеризующаяся минимальной длительностью цикла обработки на нагдем уровне. При этом условие для включения'их в искомую последовательность является [ДдОшЬп, • При переходе на уровень ветвления зафиксированные параметры деталей 1("и К<г)исключаются из ккояеетва деталей уровня 2, а для оставшихся формируется новая щтр::иа |Д£'Д . Выбирается очередная пара крайних номеров дэта.-.ей I""1:: Кй'"по условию [А^вйп. и так далее, согласно известкой схема метода "ветвей и границ" до последнего уровня ВОТВЛе-КЯЯ. . ' . -

Ь'лтричный метод предполагает при расчете поиска каждой поо-лэдуячей пары крайних номеров деталей на каадом, уровне ветвления 1, т.е. проверяются веривши [Д[**]яил • йюкайшая к найденной ворсине'до тех лор, пока нэ будет найдено новое опорное ре-¿зшга. Это усложняет алгоритм расчета."

Необходимость устранения трудностей, вызванных большим объе-. 12 '

Ип-Н]

к

;

к

X

>

X

X

X

у

X

ь —

т°"— л \ ' ' / п

• ц Л ... И

1-к-а

1 -¿-п

-1- р-п

1—

ш-г-п И-к-п ич-» 1-£-р-Л

»-(мК-п

Ил

г —

* • • • • • » • •

1-Ме-г-Н*

1 р к -е (1и) п

Рис. 6 Схема поиска оптимального решения по уровням перебора деталей

И

Г Начало } i

Выборной и

последней Зетали

Выбор детали с кчл(Тц) и занесение ее в цепочкч аыЗраимых Зеталей

т = тН

N= N -1

Рис.? Блок-схема алгоритма определения оптимальной последовательности обработка деталей, методом перестановок

ком вычислений и долгам поиском Т(Я) привело к необходимости модернизации матричного метода.

Сущность модернизации матричного метода заключается в последовательно целенаправленном выборе оптимального варианта запуска деталей в обработку из п деталей", крош (1) и последней (71), штодом перестановок.

На первом 2=1 уровне, из Ц деталей, как и в матричном методе, выбираем первую пару крайних номеров деталей, имеющие [дГп]^^ . На 2=2 уровне, из п-2 деталей, находим последовательность 1-С-а, имеющую [Д^п]^- Остальные а-3 детали переходят на2=3Уровень, где каздую деталь, переставляя иаяду деталями в последовательности 1-£-й, находим очередную последовательность 1-К-6-П., имеющую [Д^ЛпОя (рис.6). Блок-схема алгоритма расчета представлена на рис.7.

Для сравнения матричного метода и метода перестановок приведен пример определения оптимальной последовательности обработки деталей. Сравнительный расчет показывает, что число вариантов в методе перестановок всегда будет меньше, чем в матричном методе.

В разработанной ЭШ по выбору оптимальной последовательности в соответствии со стоимостным критериям предлагается следующая целевая функция:

Фи. п. пр а- л « щ , пт ож

Система специальных ограничении представляет собой набор алгоритмов расчета длительности цикла, основанные на использовании матричного метода и метода перестановок.

ОСНОВКЫВ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В результата проведенных исследований в работе получены следующие результаты:

1. Разработаны методы классификации и кодирования обрабатываемых поверхностей деталей, позволяющие сформировать интегральные модульные поверхности под конкретные станочные системы.

2. Предложен мэтод разработки типовых модульных технологических процессов изготовления детали, обеспечивашмй ловкиен/я точности обработки, сокращения трудоемкости я сроков Т1Ш.

3. Разработаны и обоснованы критерии эффективности функцио-

15

нирования производственных систем, увеличивайте объективность ошнки их работ в условиях внедрения модульного принципа на предметно-замкнутых участках.

4. Разработан штод моделирования производственного процесса (штод перестановок), позволяющий в условиях единичного и мелкосерийного производства минимизировать длительность цикла обработки и резко повысить загрузку оборудования за счет установления оптимальной последовательности запуска дэталэй в обработку.

5. Разработаны алгоритмы аналитического расчета длительности цикла обработки ШИ деталей, позволяющие регламентировать во времени работу производственной системы, в условиях модульной технологии.

6. Разработана Э1ЛМ оптимизации длительности цикла, основанная на предложенных критериях эффективности и учитывающие стоимостные оценки простоя оборудования и пролеживания деталей в ожидании обработки.

7. Годовой экономический эффект от внедрения модульного катода проектирования технологических процессов изготовления деталей, применение ЗММ оптимизации длительности цикла обработки деталей на Тушинском машиностроительном заводе составил

1250 тыс .руб., а разработанный штод перестановок моделиров.- -ния производственного процесса принят в качестве базового при составлении оптимизационных графиков работы производственных систем, позволяющих сократить при заданной программа выпуска количество оборудования и рационально загрузить его, что подтверждено соответствующими актами.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах!

1. {¿шжасаров Р.И. Модульная технология производства деталей. //Тезисы докладов II Республиканской научно-технической конференции. -Актау, 1992. -С,35

2. Мынжасаров Р.И. Матричный метод определения оптимальной последовательности обработки интегральных модулей поверхностей деталей. //Известия ВУЗов. Машиностроение.-1993. 3.-С.15И5?

3. Мыняасаров Р.И. Матричный метод моделирования производственного процесса.//Вестник МГТУ. Машиностроение.-1993.-й 4.

4. Ышшасаров Р.И. Разработка критериев эффективности функционирования производственных систем в условиях модульной технологии. -Депонир. в ШИИНТПИ, 1993.

16