Проектирование поточных линий

Цель  занятия

 

Закрепить и конкретизировать знания студентов в области организации  и расчета производственного  процесса на различных видах поточных линий, проанализировать и оценить  достоинства и недостатки.

 

Теоретический материал

 

Поточное производство является наиболее эффективной формой организации производственного процесса.

Признаки поточного  производства:

- закрепление  одного или ограниченного числа  наименований изделий за определенной  группой рабочих мест;

- ритмическая  повторяемость согласованных во  времени технологических и вспомогательных операций;

- специализация  рабочих мест;

- расположение  оборудования и рабочих мест  по ходу технологического процесса;

- применение  специальных транспортных средств  для межоперационной передачи изделий.

При поточном производстве реализуются принципы: 
- специализации; 
- параллельности; 
- пропорциональности; 
- прямоточности; 
- непрерывности; 
- ритмичности.

Поточное производство обеспечивает самую высокую производительность труда, низкую себестоимость продукции, наиболее короткий производственный цикл.

Основой (первичным звеном) поточного производства является поточная линия.

Расположение поточных линий (планировка) должна обеспечить:

- прямоточность и кратчайший  путь движения изделия;

- рациональное использование  производственных площадей;

- условия для транспортировки  материалов и деталей к рабочим  местам;

- удобство подходов  для ремонта и обслуживания;

- достаточность площадей  и оргоснастки для хранения  требуемых запасов материалов и готовых деталей;

- возможность легкого  удаления отходов производства.

Транспортные средства применяемые в поточном производстве в следующей таблице:

 

Признак

Характеристика

Назначение

Транспортеры

Конвейеры

Вид привода

бесприводные:

приводные:

автономные:

 

 

склизы 
желобы 
тележки

с электроприводом, гидроприводом, пневмоприводом

промышленные роботы, роботрейлеры с бортовыми компьютерами и программным управлением

Принцип действия

Механические транспортеры. Пневмотранспорт. Гидротранспорт. Электромагнитный транспорт. Волновой. Гравитационный. На воздушной подушке

Конструкция

Транспортеры и конвейеры: 
ленточные, роликовые, шнековые, пластинчатые, цепные, тележечные, тросиковые (с тянущей шайбой), спутниковые (палетные)

Расположение в пространстве

Горизонтально замкнутые 

Вертикально замкнутые 

Подвесные

Смешанные (комбинированные)

Непрерывность действия

Непрерывные

Пульсирующие 

Функция

Распределительные конвейеры 

Рабочие конвейеры 


 

В поточном производстве широко применяются конвейеры –  транспортные средства, служащие для транспортировки изделия или транспортировки и выполнения на нем рабочих операций и регламентирующие ритм работы поточной линии, то есть, играющие организующую роль в потоке. Если конвейер служит для перемещения изделий и поддержания ритма работы линии путем четкого адресования изделий по рабочим местам, он называется распределительным, если он служит и местом выполнения операции – называется рабочим.

Основы расчета и организации  поточных линий

При проектировании и  организации поточных линий выполняются  расчеты показателей, определяющих регламент работы линии и методы выполнения технологических операций.

Такт поточной линии – промежуток времени между выпуском изделий (деталей, сборочных единиц) с последней операции или их запуском на первую операцию поточной линии.

Исходные данные расчета  такта:

- производственное  задание на год (месяц, смену);

- плановый  фонд рабочего времени за этот  же период;

- планируемые технологические  пооперационные потери.

Ритм – это количество изделий, выпускаемых поточной линией в единицу времени.

Задел – производственный запас материалов, заготовок или  составных частей изделия для  обеспечения бесперебойного протекания производственных процессов на поточных линиях.

Различают следующие  виды заделов:

- технологический;

- транспортный;

- резервный  (страховой);

- оборотный  межоперационный.

Транспортный технологический  заделы зависят от параметров оборудования, тех. процессов.

Резервный (страховой) задел  создается для нейтрализации  последствий, связанных со случайным  характером выхода изделия в брак, перебоев в работе оборудования и др.

Оборотный межоперационный  задел на линии – количество заготовок (деталей, сборочных единиц), находящихся  между операциями линии и образующихся вследствие различной производительности смежных рабочих мест для выравнивания работы линий. Размер межоперационного задела постоянно колеблется от максимума до нуля и наоборот.

Синхронизация – процесс  выравнивания длительности операции технологического процесса согласно такту поточной линии. Время выполнения операции должно быть равно такту линии или кратно ему.

Методы синхронизации:

- дифференциация  операций;

- концентрация  операций;

- установка  дополнительного оборудования;

- интенсификация  работы оборудования (увеличение  режимов обработки);

- применение  прогрессивного инструмента и  оснастки;

- улучшение  организации обслуживания рабочих  мест и т.д.

 

Задача 3.1

Непрерывно-поточные линии

 

Рабочий конвейер предназначен для сборки книжных блоков. Процесс  сборки характеризуется данными (табл. 3.2). При выполнении второй операции возможны отклонения фактических затрат времени от нормы в пределах 0,7 – 1,3 от t. Длительность смены 8 часов. Определить такт линии, число рабочих мест, их загрузку, рассчитать основные параметры конвейера (скорость движения, длину рабочей зоны операции, длину рабочей части конвейера, длину ленты и длительность цикла сборки). Остальные исходные данные представлены в табл. 3.3.

 

Таблица 3.2

Исходные данные

 

№ операции

Первая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Норма времени ti, мин.

1

2,6

1,3

4,8

1,0

1,2

2,6

5,3

2,5

1,2

1,1

2

8,1

8,0

8,2

7,8

7,6

7,7

7,5

7,9

8,3

7,8

3

2,4

5,2

2,7

2,5

5,3

1,2

1,2

2,7

1,0

5,1

4

5,5

2,3

1,1

4,9

1,3

5,4

1,0

5,2

2,4

2,6

5

1,2

2,6

2,4

2,4

2,2

2,3

2,4

1,1

5,0

1,3


 

 

Таблица 3.3

Исходные данные

 

Показатель

Вторая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Программа выпуска деталей за смену Nвып,шт

350

400

450

300

340

320

330

430

420

370

Шаг конвейера lo, м

1,3

1,2

1,0

1,1

1,0

1,2

1,1

1,3

1,2

1,0

Регламентированные перерывы за смену f, мин

20

-

25

-

30

20

35

15

-

25

Технологические потери, % от программы  запуска

1,4

2,0

2,3

1,5

3,0

2,6

3,0

2,5

1,5

2,8

Радиус приводного устройства r, м

1,8

1,4

0,5

1,6

1,0

1,2

1,9

1,0

1,7

1,5


Вычисления:

 

Непрерывно-поточные линии проектируются и внедряются при условии достижения синхронности технологического процесса, т.е. при равенстве операционных циклов, а следовательно, равенстве или кратности норм времени ( ti ) такту поточной линии ( τ) :

 

,

 

где сi – число рабочих мест по операциям процесса.

Такт определяется по формуле:

 

,

 

где Fд – действительный фонд времени работы линии за период выполнения задания, мин;

 

, где

 

 

  – календарный фонд времени работы в смену, 

S – число смен,

– число рабочих дней в планируемый  период

fp – регламентированные перерывы в работе линии для отдыха рабочих (не всегда имеют место);

Nзап – программа запуска деталей на рассчитываемый период, шт;

 

,

 

где Nвып – программа выпуска деталей, шт;

а – технологические потери (брак), % от Nзап.

 

Тогда

Расчетное количество рабочих  мест на каждой операции поточной линии:

 

 

округляется до ближайшего большего целого числа, которое называется принятым числом рабочих мест  .

 

ti

τ

срi

cпрi

2,5

1,18

2,1

3

7,9

6,7

7

2,7

2,3

3

5,2

4,4

5

1,1

0,9

1


 

Коэффициент загрузки рабочего места (станка):

 

.

 

Кз1=0,71

Кз2=0,96

Кз3=0,76

Кз4=0,88

Кз5=0,93


 

После расчета такта, количества рабочих мест для последующей  планировки конвейера рассчитывается его шаг lo , т.е. расстояние между осями симметрии двух рядом расположенных объектов на конвейере. Шаг конвейера устанавливается из условий: габариты изделия, удобство планировки рабочего места, допустимые скорости.

 

Расчет остальных параметров конвейера осуществляется по формулам (табл. 3.1).

 

 

Таблица 3.1

 

Параметры, характерные для поточных линий с рабочим конвейером

 

Наименование параметра

Формула для расчета

Скорость движения конвейера, V

Рабочая зона каждой операции, 

lp1=1,2*3=3,6 м

lp2=1,2*7=8,4 м

lp3=1,2*3=3,6 м

lp4=1,2*5=6 м

lp5=1,1*1=1,2 м


Общая длина рабочей зоны операции, lобщi

,

,

Резервная зона принимается в числе  целых резервных делений, прибавляемых к длине рабочей зоны операции.

 

При выполнении второй операции возможны отклонения фактических затрат времени от нормы в пределах 0,7 – 1,3 от t.

Тогда

Получаем

Длина рабочей части конвейера, Lраб

где m – число операций, выполняемых на поточной линии; k – число операций с резервными зонами

Длина всей ленты конвейера, Lл

,где r – радиус приводного (натяжного) устройства

Длительность производственного  цикла изготовления одной детали, Тц


 

 

 

 

Задача 3.2

Прерывно-поточные линии (прямоточные)

 

На прямоточной линии  обрабатывается корпус изделия. Определить такт линии; рассчитать число рабочих  мест и число рабочих на линии; составить план-график работы оборудования и рабочих; рассчитать межоперационные заделы и построить график их движения. Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.5 и 3.6.

Таблица 3.5

Исходные данные

 

№

операции

Первая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Норма времени на операции t шт, мин

1

2,9

4,9

1,2

3,0

2,8

4,8

5,1

3,0

1,2

2,5

2

2,3

2,1

5,2

2,4

2,2

2,2

2,3

1,3

5,3

1,2

3

2,7

1,0

2,5

2,8

2,6

2,0

2,5

2,7

2,1

2,3

4

5,1

1,5

2,9

1,8

5,0

0,9

1,0

1,8

0,6

1,6

5

2,3

3,0

2,3

5,2

1,1

1,4

3,0

5,2

3,2

2,9

6

1,7

2,2

2,6

2,6

1,5

2,6

1,8

2,3

2,3

5,2


 

 

Таблица 3.6

Исходные данные

 

Показатель

Вторая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Количество смен

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

Суточная программа запуска, шт

190

350

550

185

375

510

175

365

535

180


 

 

Вычисления:

Прерывно-поточные линии (прямоточные) применяются в тех случаях, когда при проектировании технологии не удается достичь синхронности операций. Производительность и ритмичность работы на операциях различны. Вследствие этого создаются межоперационные оборотные заделы. Работа таких линий характеризуется укрупненным ритмом (R), в течение которого на линии обеспечивается выработка установленной величины при различной загрузке рабочих мест. Возникает возможность предусматривать совмещение обслуживания двух-трех недогруженных станков одним рабочим при условии технологического родства совмещаемых операций и однородности оборудования.

Такт определяется по формуле:

,

 

где Fд – действительный фонд времени работы линии за период выполнения задания, мин;

 

, где

 

 

  – календарный фонд времени работы в смену, 

S – число смен,

– число рабочих дней в планируемый  период

fp – регламентированные перерывы в работе линии для отдыха рабочих (не всегда имеют место);

Nзап – программа запуска деталей на рассчитываемый период, шт;

 

,

 

где Nвып – программа выпуска деталей, шт;

а – технологические потери (брак), % от Nзап.

 

Тогда

Расчетное количество рабочих  мест на каждой операции поточной линии:

 

округляется до ближайшего большего целого числа, которое называется принятым числом рабочих мест  .

 

ti

τ

срi

cпрi

3

1,18

1,11

2

1,3

0,48

1

2,7

1,00

1

1,8

0,67

1

5,2

1,93

2

2,3

0,85

1


 

Коэффициент загрузки рабочего места (станка):

 

.

 

Кз1=0,56

Кз2=0,48

Кз3=1,00

Кз4=0,67

Кз5=0,96

Кз6=0,85


 

Полное использование  фонда времени рабочего достигается  внедрением многостаночного обслуживания. При этих условиях необходимо разработать и задать оптимальный и постоянный режим обслуживания, определяющий периоды работы оборудования и рабочих, порядок и время переходов рабочих, обслуживающих несколько станков на протяжении смены.

Во время работы линии  величина межоперационного оборотного задела изменяется от нуля до максимума. Поэтому часто ритм работы линии  называют периодом комплектования заделов. Выбор рационального периода комплектования и установление режима работы линии (порядка обслуживания станков и работы рабочих) производится при составлении плана-графика (табл. 3.4).

 

 

 

Таблица 3.4

 

План-график работы оборудования и рабочих на прямоточной линии

 

№ операции

штучная норма времени ti, мин

ср

спр

№ станка

загрузка станка, %

исполнитель

период комплектования задела R = 960 мин

1

3

1,11

2

1

100

а

960

100%

2

11

б

106

11%

2

1,3

0,48

1

1

48

в

461

48%

3

2,7

1,00

1

1

100

г

960

100%

4

1,8

0,67

1

1

67

б

643

67%

5

5,2

1,93

2

1

100

д

960

100%

2

93

е

893

93%

6

2,3

0,85

1

1

85

ж

816

85%


 

 

 

Вследствие различной  производительности смежных операций между ними на линии образуются оборотные  заделы. Максимальная величина оборотного задела определяется:

 

,

где Т – период совместной работы неизменного числа станков на смежных операциях;

С i, Сi+1 – количество станков, работающих на смежных операциях в течение периода Т;

ti, ti+1, - нормы времени на смежных операциях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Движение оборотных  заделов на линии может быть показано графически в виде эпюр (рис 3.1).

 

№ операции

1

Задел между операциями 1 и 2

2


 

№ операции

2

Задел между операциями 2 и 3

3


 

 

 

 

 

 

 

 

№ операции

3

Задел между операциями 3 и 4

4


 

№ операции

4

Задел между операциями 4 и 5

5


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ операции

5

Задел между операциями 5 и 6

6


 

Рис. 3.1. График движения межоперационных  оборотных заделов

 

Задача 3.3

Многопредметные линии

 

На многопредметной  поточной линии изготавливаются  валики диаметром 25 (А), 32 (Б), и 35мм (В). Линия работает 21 день в месяц. Продолжительность смены составляет 8.2 ч. Определить частные такты поточной линии. Остальные исходные данные представлены в табл. 3.7 и 3.8.

 

Таблица 3.7

Исходные данные

 

Показатель

Первая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Месячная программа запуска, тыс. шт

А

8

7,2

2

2,2

6

3

1,9

7

4

2

Б

5,6

4

4

9,1

3,3

8,3

9,4

6,4

7,8

3,8

В

3

1,8

6,5

5

8,7

4,5

6

2

3,1

9

Коэфф. допустимых потерь времени  на переналадку

0,04

0,05

0,03

0,08

0,07

0,06

0,11

0,09

0,1

0,04

Количество смен

2

2

1

3

2

1

3

2

2

1


 

 

 

Таблица 3.8

Исходные данные

 

№ операции

Изделия

Вторая  цифра варианта

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Норма времени, мин

1

А

1,2

1,1

1,09

1,5

1,6

3,2

7,5

3,6

8,5

1,9

Б

1,2

1,15

1,21

1,35

1,35

1,5

8,6

3,4

5,7

1,3

В

1,2

1,22

1,03

1,4

1,21

2,0

5,8

3,3

7,1

3,2

2

А

5,7

7,15

5,8

5,2

3,65

3,15

1,8

2,0

3,9

1,15

Б

8,4

6,0

8,3

6,9

3,0

3,5

3,0

1,5

3,5

1,1

В

7,2

8,45

6,95

7,0

3,2

3,7

1,5

2,9

3,35

1,2

3

А

3,2

3,1

4,0

1,9

7,1

1,22

3,72

1,2

2,85

3,3

Б

3,4

3,0

3,5

1,8

5,6

1,1

3,4

1,1

2,0

3,3

В

3,7

3,64

3,6

1,3

8,4

1,3

3,16

1,12

1,4

3,6

4

А

1,9

2,0

1,8

3,7

7,2

7,2

1,3

5,8

1,1

5,8

Б

3,1

1,5

3,0

3,1

5,7

8,3

1,2

8,2

1,25

8,3

В

1,3

3,2

1,2

3,2

8,4

5,8

1,2

7,2

1,2

7,4


 

 

Вычисления:

 

Рассчитаем трудоемкость i-ой детали

 

tА = 1,1+7,15+3,1+2,0 = 13,35 мин

 

tБ = 1,15+6,0+3,0+1,5 = 11,65 мин     – Y

 

tВ = 1,22+8,45+3,64+3,2 = 16,51 мин

Рассчитаем коэффициент приведения i-ой детали к условной единице

kпрА = 13,35/11,62 = 1,15

 

kпрВ = 16,51/11,62 = 1,42

Рассчитаем приведенную программу  по i-ой детали

 

NпрА = 7000*1,15  = 8050 шт

 

NпрВ = 2000*1,42  = 2840 шт

Рассчитаем действительный фонд времени  работы линии

Fд = (60*8,2-0)*21*2 = 20664 мин

Рассчитаем общий условный такт линии

где Fд – действительный фонд времени работы линии;

η – коэффициент потерь времени на переналадку линии;

 

τy = 20664*(1-0,09)/(8050+6400+2840) = 1,09 мин/шт

 

 

τА = 1,09*1,15 = 1,25 мин/шт

τБ = 1,09*1 = 1,09 мин/шт

τВ = 1,09*1,42 = 1,55 мин/шт




Проектирование поточных линий