Использование системного подхода
Системный подход – направление методологии научного познания, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем; ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта, на выявление многообразных типов связей в нем и сведение их в единую теоретическую картину.
При реализации системного подхода используется следующий ряд приемов (в порядке их применения):
- проводится накопление знаний и информации о системе;
- определяются цели системы. Строится дерево целей и возможных средств для реализации целей. Отношение «цель-средство» является одним из ведущих в процессах синтеза систем;
- система разбивается на небольшие взаимосвязанные части, которые располагают на различных уровнях по вертикали и по горизонтали. Для графического изображения этого процесса используются блок-схемы, где блоки – это элементы (объекты или процессы), а стрелки между блоками отражают связи;
- при разбиении (декомпозиции) системы стараются выделить однородные по природе и удобные для аналитического описания части. Это позволяет от описательной модели в виде блок-схем перейти к аналитической форме или, в крайнем случае, имитационной модели.
Пример производственной системы
В качестве примера можно привести гибкую производственную системы (ГПС), модель которой содержит три структурных уровня: подготовки производства, оперативного управления и контроля за ходом производства, а также уровень производящих и обслуживающих систем (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Пример трёхуровневой структуры ГПС
Для изображения структуры ГПС можно воспользоваться диаграммой Эйлера-Венна, в которой каждая область обозначает один элемент системы, а площади пересечения областей показывает мощность взаимодействия между ними, т. е. степень взаимосвязи между отдельными элементами системы (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Пример представления структуры ГПС в форме диаграммы Эйлера-Венна
Общесистемные принципы машиностроения
Рассматривая основные принципы, существующие в технологии и организации машиностроительного производства, можно отметить, что имеется целый ряд общесистемных принципов, таких как: принцип соответствия, специализации, типизации, концентрации, совмещения работ, автоматизации, надежности и пр. В то же время, имеется лишь ограниченный набор сугубо технологических принципов (единство конструкторских и технологических баз, сохранение баз по ходу технологического процесса), и принципов организации производства (ритмичность, прямоточность, пропорциональность).
Принцип соответствия
Принцип соответствия наиболее часто применяется при выборе каких-либо характеристик или параметров из таблиц (например, инструмента и его размеров, приспособлений, режимов резания и т. п.). Структуры таблиц могут быть разнообразны и в настоящее время многие из них классифицированы, поскольку существует большое количество табличных алгоритмов и таблиц соответствия, использующихся в различных системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).
Одно из основных применений принципа соответствия можно продемонстрировать на диаграмме Эйлера-Венна (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Соответствие подобных характеристик
Эта диаграмма показывает, что характеристики детали не должны превышать подобные характеристики оснастки и станка. Например, размеры, точность, шероховатость и пр. должны с запасом быть обеспечены применяемой технологической оснасткой и оборудованием.
Принцип специализации
Принцип специализации отражает процесс сосредоточения производства отдельных видов продукции или её частей в самостоятельных отраслях, производствах и на специализированных предприятиях. Принцип специализации основан на ограничении разнообразия элементов производственного процесса. Реализация этого принципа предполагает закрепление за каждым рабочим местом и каждым подразделением строго ограниченной номенклатуры работ, операций, деталей или изделий.
Уровень специализации рабочих мест определяется специальным показателем – коэффициентом закрепления операций Кз.о, который представляет собой отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест (ГОСТ 14.004-83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий»). Так, при Кз.о = 1 имеет место узкая специализация рабочих мест, при которой в течение месяца на рабочем месте выполняется одна технологическая операция.
На уровне предприятия различают три основные формы внутризаводской специализации: предметную, подетальную и технологическую.
Предметная форма специализации подразделяется на предметно-узловую и предметно-агрегатную. Предметная форма специализации подразделений характеризуется тем, что объектами изготовления являются конструктивные узлы изделий. В подразделениях изготовляются разнотипные в конструктивном отношении детали, которые входят в узел, собираемый в том же цехе.
Предметная специализация цехов и участков значительно сокращает длительность производственного цикла изготовления того или иного узла, снижает объемы межцеховых связей, упрощает межцеховое планирование. В условиях серийного производства она является наиболее приемлемой, особенно в тех случаях, когда в рамках предметной специализации цехов в них существуют участки подетальной специализации. Примерами таких производств являются производства по изготовлению турбины и компрессора. В каждом из таких производств, построенных по предметно-узловому принципу, существуют участки, которые построены по детальному принципу: участки рабочих лопаток, дисков, статорных лопаток и др., а также участки, основанные на технологической специализации: термический, слесарный, сборочный и т. д.
Подетальная специализация характеризуется тем, что объектами изготовления являются детали независимо от того, к какому узлу они принадлежат (таблица 1.1). При этом в подразделении изготовляются детали, имеющие несколько различных конструктивных признаков.
Групповые технологии, основанные на подетальной специализации, используются при изготовлении деталей, хотя и имеющих общие конструктивные признаки, но значительно отличающихся друг от друга по габаритам, обрабатываемым материалам. К таким технологиям прежде всего относятся технологии изготовления различных видов нормализованных деталей (болтов, гаек, шпилек, пружин и т. п.), которые предполагают высокую загрузку оборудования, низкую трудоемкость, высокую степень автоматизации и механизации специализированных рабочих мест. К подетальной форме специализации может относится производство деталей любой сложности, выпускаемых в рамках массового и крупносерийного производств.
Технологическая специализация характеризуется общностью выполняемых видов работ или операций при обработке закрепленной номенклатуры деталей (таблица 1.1). Каждому виду работ соответствуют свои принципы построения групповой технологии.
Групповые технологии, основанные на технологической специализации, наиболее просты. Её примерами могут служить операции термической и гальванической обработки, а также технологии штамповки, сварки и др. Таким образом, при технологической специализации цехов и участков в них реализуются, как правило, простые или специальные процессы, осуществление которых слабо связано с конструкцией (формой) детали, а в большей степени затрагивает качество поверхностного слоя.
Таблица 1.1 – Сравнение технологической и подетальной видов специализаций
| Технологическая специализация | Подетальная специализация |
| Подразделение образуется на базе однородного оборудования и операций | Подразделение образуется на базе однородных деталей и технологических процессов |
    Участки с технологической специализацией |  Участки с подетальной специализацией |
| Основные области применения | |
| Единичное и мелкосерийное производство | Крупносерийное и массовое производство |
| Цели | |
| Выполнение задания по трудоёмкости и деталям-операциям | Выполнения плана по номенклатуре |
Таким образом, характер специализации подразделений и рабочих мест во многом определяется объемом производства одноименных деталей. Наивысшего уровня специализация достигает при выпуске одного вида продукции. Наиболее типичным примером узкоспециализированных производств являются заводы по производству тракторов, телевизоров, автомашин. Увеличение номенклатуры производства снижает уровень специализации.
Высокая степень специализации подразделений и рабочих мест способствует росту производительности труда за счет выработки трудовых навыков рабочих, возможностей технического оснащения труда, сведения к минимуму затрат по переналадке станков и линий. Вместе с тем узкая специализация снижает требуемую квалификацию рабочих, обусловливает монотонность труда и, как следствие, ведет к быстрой утомляемости рабочих, ограничивает их инициативу.
Принцип типизации
В машиностроении принцип типизации широко используется при конструировании изделий, в ходе технологической подготовки и организации производства.
Основными приёмами типизации при разработке или модернизации изделий являются: стандартизация, нормализация, унификация, преемственность (повторное использование апробированных узлов), модульность конструкции (предполагает и унификацию и преемственность).
Наибольшее распространение получили два направления в типизации: групповая технология и типовые технологические процессы.
В групповой технологии акцент делается на использование быстропереналаживаемых станочных приспособлений и инструментальных наладок на отдельные операции. Это не исключает других принципов группирования. Например, в автоматизированном производстве на некоторых заводах приборостроения основным признаком группирования выбрана марка обрабатываемого материала для того, чтобы не допустить смешивания стружки цветных и черных металлов и сплавов.
Часто группирование по инструментальным наладкам является основным подходом в групповой обработке. На станках типа «обрабатывающий центр» может быть запланирован запуск 2-х разных партий деталей т. н. «гребенкой» (рис. 1.11). После обработки первой детали из первой партии она отправляется на контроль, чтобы получить подтверждение о годности или для проведения необходимых коррекций положения режущих инструментов. Так как контроль выполняется почти так же долго, как и обработка, то, чтобы станок не простаивал, запускаются детали второй партии.
Рис. 1.11. Схема запуска двух партий деталей при групповой обработке
Типовые технологические процессы (ТТП) разрабатываются для деталей, обладающих конструктивной и технологической общностью, т. е. ТТП объединяет детали с общим функциональным назначением (зубчатые колеса, валы, лопатки и т. п.) и с близким технологическим процессом.
Таким образом, если групповая обработка делает акцент на общее технологическое обеспечение операций, то для ТТП более характерна общность маршрутов.
Внедрение групповой обработки и типовых технологических процессов на предприятиях имеет ряд преимуществ:
- повышается уровень специализации рабочих мест и подразделений, растет производительность труда;
- сокращается количество оснастки, что ведет к сокращению штата конструкторов, технологов, размера вспомогательного производства;
- растет производительность за счет сокращения времени переналадки оборудования;
- легче внедряются прогрессивные формы организации производства;
- типовые решения создают информационную базу для систем автоматизированного проектирования технологических процессов;
- сохраняются и передаются знания, исключаются грубые ошибки.
Вместе с тем, необходимо учитывать следующие недостатки:
- типовые решения, как правило, сложнее заменяются новыми, т. е. они по природе своей консервативны;
- достаточно высоки первоначальные затраты на организацию групповой обработки, разработку ТТП;
- при внедрении групповой обработки усложняется планирование, поскольку группы деталей для одного типа оборудования обычно не одинаковы для другого типа оборудования;
- отсутствуют универсальные апробированные методики для группирования деталей и разработки ТТП.