Типы машиностроительных производств

В машиностроении различают три типа производства: массовое, серийное, единичное (ГОСТ 14.004-83). Отношение числа всех различных технологических опера­ций О, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест Р называют коэффициентом закре­пления операций

Кз.о.=О/Р

Коэффициент закрепления операций является одной из ос­новных характеристик типа производства.

Массовое производство характеризуется большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируе­мых продолжительное время, в течение которого на большинст­ве рабочих мест выполняется одна рабочая операция. Для мас­сового производства Кзо = 1. Продукция массового производст­ва — изделия узкой номенклатуры и стандартного типа, выпус­каемые для широкого сбыта потребителю (автомобили, тракто­ры, электродвигатели и т.д.). Особенностями этого производства являются: расположение оборудования в технологической по­следовательности (по ходу ТП); выполнение каждой технологи­ческой операции осуществляется на предварительно налажен­ном оборудовании, которое не переналаживают для выполнения других операций; применение специального оборудования и иных специальных СТО.

Серийное производство характеризуется изготовлением или ремонтом изделий периодически повторяющимися партиями. В зависимости от количества изделий в партии или серии и значе­ния коэффициента закрепления операций различают крупносе­рийное, среднесерийное и мелкосерийное производства. Для крупносерийного производства 1 < Кз.о. £ 10, для среднесерийного 10 < Кзо £ 20, для мелкосерийного 20 < Кз.о. £ 40. Продук­цией серийного производства являются машины установившего­ся типа (металлорежущие станки, насосы, компрессоры, авиа­ционные двигатели и т.п.), выпускаемые в значительных коли­чествах.

В крупносерийном производстве оборудование располагают по изготовляемым предметам и в ряде случаев в соответствии с выполняемым ТП. Обработку заготовок выполняют на предва­рительно настроенных станках, в пределах технологических воз­можностей которых допустима переналадка для выполнения иных операций. Применяют специальные, специализированные и универсальные СТО (оборудование, инструмент и т.д.). Размер производственной партии в крупносерийном производстве обычно составляет несколько сотен деталей.

В среднесерийном производстве, обычно именуемом серий­ным, оборудование располагают в соответствии с последователь­ностью выполнения этапов обработки заготовок. За каждой еди­ницей оборудования закрепляют несколько технологических операций, для выполнения которых проводят переналадку обо­рудования. Применяют специализированные и универсальные СТО. Размер производственной партии — от нескольких десят­ков до сотен деталей.

В мелкосерийном производстве оборудование располагается по типам (участок токарных станков, участок фрезерных стан­ков и т.д.). Оборудование специально не настраивают для вы­полнения каждой технологической операции. Преимущественно применяют универсальные СТО. Размер производственной пар­тии обычно составляет несколько единиц.

Единичное производство характеризуется малым объемом вы­пуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как правило, не предусмотрено. Изделия выпускаются широкой номенклатуры в относительно малых количествах и часто индивидуально. Изготовление изделий либо совсем не по­вторяется, либо повторяется через неопределенные промежутки времени. Продукция единичного производства — машины, не имеющие широкого применения и изготовляемые по индивиду­альным заказам, предусматривающим выполнение специальных требований (опытные образцы машин в различных отраслях ма­шиностроения, крупные гидротурбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы и т.д.). Технологическое обору­дование располагают по типам. На рабочих местах выполняют разнообразные операции без их периодического повторения, для их выполнения оборудование специально не настраивают. Применяют универсальные (общего назначения) СТО.

Деление производства по типам относительно. На одном и том же предприятии, осуществляющем, например, серийный выпуск продукции, отдельные цехи могут работать в условиях крупносерийного или даже массового производства.

В машиностроении применяют два метода работы: поточный и непоточный. Поточный метод наиболее полно реализуется в одноименном производстве. Поточное производство характери­зуется расположением СТО в последовательности выполнения операций ТП и определенным интервалом выпуска изделий. Интервал времени, через который периодически производят вы­пуск изделий или заготовок определенных наименований, типо­размера и исполнения, называют тактом выпуска tд:

tд = 60Фд / N,

гдеФд — действительный фонд времени в планируемом периоде (год, месяц, сутки, смена), ч; N — объем выпуска за этот же пе­риод, шт.

Действительный фонд времени работы оборудования учиты­вает потери времени на ремонт оборудования и этим отличается от номинального (календарного) фонда времени.

Номинальный годовой фонд времени работы оборудования составляет 2070 ч для работы в одну смену, 4140 ч для двух смен и 6210 ч для трех смен. Действительный годовой фонд времени работы оборудования для одной, двух и трех смен составляет со­ответственно 2030, 4015 и 5965 ч. Номинальный фонд времени для рабочих составляет 2070 ч, а действительный — 1860 ч (при 15-дневном отпуске).

При поточном методе основной организационной формой работы является поточная линия. В поточной линии на каждом рабочем месте выполняют одну технологическую операцию, а оборудование располагают по ходу ТП. На каждой линии про­изводят обработку отдельной детали (сборку отдельного изделия или его составной части). Если длительность операции на всех рабочих местах одинакова, то работа на линии выполняется с непрерывной передачей объекта производства с одного рабочего места на другое (непрерывным потоком). Достигнуть равенства штучного времени на всех операциях не удается. Это предопре­деляет технологически неизбежное различие загрузки оборудо­вания по рабочим местам поточной линии.

В общем случае условием организации потока является кратность времени выполнения каждой технологической опера­ции такту выпуска:

где t_штi, - штучное время i-й технологической операции.

Приведение длительности операций к указанному условию называют синхронизацией. При выполнении синхронизации ино­гда возникает необходимость соответствующего расчленения ТП на операции и в некоторых случаях дублирования станков. По­точный метод в форме непрерывного потока характерен для массового и крупносерийного производств. При значительных объемах выпуска, соответствующих указанным типам производ­ства, в процессе синхронизации наиболее часто возникает необ­ходимость уменьшения длительности операций. Это достигается за счет дифференциации и совмещения во времени переходов, входящих в состав технологических операций. В массовом и крупносерийном производствах при необходимости каждый из технологических переходов может быть выделен в отдельную операцию, если будет выполнено условие синхронизации. За время, равное такту выпуска, с поточной линии сходит единица продукции. Производительность труда, соответствующая выде­ленному производственному участку (линии, участку, цеху), оп­ределяется ритмом выпуска. Ритм выпуска — количество изде­лий (или заготовок) определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемое в единицу времени. Обеспечение заданного ритма выпуска является важнейшей задачей при про­ектировании ТП массового и крупносерийного производств.

В серийном производстве организовать непрерывный поток изготавливаемых изделий часто невозможно из-за низкой за­грузки оборудования поточных линий в условиях небольших объемов выпуска. Кроме того, даже при массовом и крупносерийном производствах при большом различии штучного време­ни отдельные рабочие места могут иметь малую загрузку. В этих случаях применяют модификацию поточного метода, именуе­мую переменно-поточным методом.

При переменно-поточном методе за каждым станком линии (участка) закреплено по несколько операций для технологиче­ски однотипных деталей, запускаемых в производство попере­менно. В течение определенного периода времени (обычно не­сколько смен) на линии ведется обработка заготовок определен­ного типоразмера. Затем, линию переналаживают для обработки закрепленных за данной линией заготовок другого типоразмера СТО, например приспособления на переменно-поточных лини­ях постоянно закреплены на технологическом оборудовании. Приспособления конструируют так, чтобы в них можно было обрабатывать заготовки любых типоразмеров закрепленной группы. Это значительно сокращает время переналадки линии, которую обычно выполняют в перерыве между сменами. Распо­лагая оборудование по ходу ТП, получают движение деталей от одного рабочего места к другому, хотя и прерывистое (партия­ми), но поточное (прямоточное). Пропуская через группу рабо­чих мест (последовательность технологического оборудования) сменяемые партии деталей, получают непрерывно-поточное (в пределах одной партии) производство с поштучной передачей деталей от одного рабочего места к другому. Для повышения за­грузки оборудования в серийном производстве применяют мно­гономенклатурные поточные линии (переменно-поточные, групповые, предметно-замкнутые участки линий).

При групповой обработке на каждом рабочем месте линии одновременно выполняют несколько операций разных ТП. Это обеспечивается применением специальных многоместных при­способлений. При групповой обработке повышается загрузка оборудования, а линия работает без переналадки оборудования. Число деталей в группе обычно составляет 2...8. Переменно-по­точную и групповую обработку (сборку) выполняют на обычных и автоматических линиях.

Для обработки конструктивно и технологически сходных за­готовок применяют предметно-замкнутые участки. ТП обработ­ки этих заготовок имеют одинаковую структуру, однородные операции и одинаковую последовательность их выполнения и строятся на основе обобщения ТП изготовления деталей со сходными конструктивно-технологическими параметрами.

Поточный метод работы обеспечивает значительное сокра­щение (в десятки раз) цикла производства, межоперационных заделов и незавершенного производства, возможность примене­ния высокопроизводительного оборудования, снижения трудо­емкости изготовления изделий, простоту управления производ­ством.

В серийном производстве при построении технологических операций применяют как дифференциацию, так и концентра­цию технологических переходов. Структура операции формиру­ется в результате компромисса указанных принципов с учетом конкретных условий и методов работы. Применение поточного метода в серийном производстве требует, как правило, при по­строении операций приоритета дифференциации переходов.

При незначительных объемах выпуска, частых сменах вы­пускаемых изделий, а также невозможности использования по­точного метода применяют непоточный метод работы. Этот ме­тод используют в условиях серийного производства, он является наиболее характерным для мелкосерийного и единичного про­изводств. При непоточном методе работы строгого закрепления операций за конкретными рабочими местами не проводят, дли­тельность операций не синхронизируют по такту выпуска, на рабочих местах создают заделы заготовок (сборочных единиц), необходимые для обеспечения загрузки рабочих мест. При не­поточном методе работы стремятся на каждом рабочем месте осуществить максимальное технологическое воздействие на предмет труда, уменьшить число операций в ТП, строить техно­логические операции на основе концентрации переходов. Сте­пень концентрации возрастает по мере уменьшения объема вы­пуска.

Характеристики производства отражены в решениях, прини­маемых при технологической подготовке производства.

1.4. Технологическая подготовка производства

Организация производственного процесса невозможна без проведения технической подготовки производства. Этот процесс включает в себя следующее:

1. Конструкторскую подготовку производства (разработка конструкции изделия и создание его сборочных чертежей, рабо­чих чертежей деталей, запускаемых в производство, с оформле­нием соответствующих спецификаций и другой конструктор­ской документации).

2. Технологическую подготовку производства (ТПП) — со­вокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую го­товность производства. Последняя определяется наличием на предприятии полных комплектов конструкторской и технологи­ческой документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными техни­ко-экономическими показателями.

3. Календарное планирование производственного процесса изготовления изделия в установленные сроки при заданном объ­еме выпуска и затратах.

Трудоемкость ТПП определяет суммарную трудоемкость технической подготовки, составляя обычно более 50 % послед­ней.

Организация и управление ТПП регламентируются государ­ственными стандартами "Единой системы технологической под­готовки производства" (ЕСТПП).

Основной целью ТПП является обеспечение высокой эф­фективности производства изделий требуемых качества и коли­чества в установленные сроки и в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими технический уровень изделия и минимальные трудовые и мате­риальные затраты. Технический уровень (мощность, КПД, про­изводительность, точность работы и др.) определяет степень со­вершенства машины.

Функции ТПП могут быть реализованы на следующих уров­нях: государственном, отраслевом и предприятия. Каждая из них может быть выполнена независимо от других, вместе с тем указанные функции находятся во взаимосвязи, формирующей структуру системы ТПП. Основные функции ТПП на уровне предприятия:

1) обеспечение технологичности конструкций изделий;

2) выбор и подготовка заготовок;

3) разработка ТП;

4) проектирование средств технологического оснащения;

5) контроль и управление ТП.

Начало ТПП соответствует получению исходных документов на разработку новых изделий, организацию нового и совершен­ствование существующего производства.

Исходными данными для системы ТПП являются: конструкторская документа­ция на изделие, конструкторская документация на директивную заготовку, программа выпуска изделий, информационное обес­печение.

Конструкторская документация на изделие разрабатывается по техническому заданию, согласованному с потребителем про­дукции предприятия (заказчиком). В качестве технического за­дания допускается использование заменяющих документов (контракт, протокол, эскиз и др.), содержащих необходимые и достаточные требования для разработки, признанные заказчи­ком и разработчиком, а также образец продукции, предназна­ченной для воспроизведения. Конструкторская документация по оформлению должна соответствовать требованиям стандартов ЕСКД, а также других государственных и отраслевых стандар­тов, действующих на момент разработки документации.

Рабочая конструкторская документация на изделие включа­ет: сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, специ­фикацию, ведомость спецификаций, ведомость покупных изде­лий, чертежи деталей изделия, программу и методику испыта­ний, техническое описание и инструкцию по эксплуатации из­делия.

Сборочный чертеж является графическим изображением из­делия, соответствующего техническому заданию, позволяющим дать оценку соответствия конструкции следующим требованиям и показателям: работоспособности, технического уровня, безо­пасности работы, удобства обслуживания, возможности и про­стоты ремонта, монтажа и демонтажа машины.

Изготовление изделий машиностроения может быть осуществлено на основе единичного, типового или группового ТП.

Единичный ТП, как правило, разрабатывают индивидуально для конкретной детали. Его структуру и содержание технологических операций определяют на основании конструктивно-технологических параметров детали и исходной заготовки, технологических возможностей и ресурсов производства.

Типовой ТП создают для группы изделий, обладающих общностью конструктивных признаков. В группе деталей выделяют типовую деталь. Под типом подразумевается совокупность объектов (заготовок, сборочных единиц) одного класса, имеющих в определенных производственных условиях общий маршрутный ТП изготовления (механической обработки, сборки). Общий маршрутный ТП – это процесс, осуществляемый одинаковыми методами (однородное оборудование, одинаковое число установов, приспособлений и инструмента). В пределах типа допускаются некоторые отклонения в порядке изготовления (обработки, сборки). Возможны исключения или добавления некоторых нехарактерных переходов и даже операций.

В результате анализа множества действующих и возможных ТП изготовления изделия-представителя устанавливают содержание и последовательность большинства технологических операций для данной группы изделий (типовой ТП). Разработку типовых ТП осуществляют на общегосударственном и отраслевом уровнях, а также на уровне предприятия в соответствии с общими правилами разработки ТП, правилами разработки и применения типовых ТП.

Групповой ТП предназначен для совместного изготовления или ремонта группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах. Главной технологической единицей групповой обработки является группа. В группу объединяются детали, характеризуемые общностью типов оборудования, необходимого для обработки заготовки в целом или отдельных ее поверхностей. Классы заготовок создают по видам обработки (токарная, сверлильная, фрезерная и т.п.) и по видам заготовок.

Групповую технологическую, операцию разрабатывают для выполнения технологически однородных работ при изготовлении группы изделий на специализированном рабочем месте при возможности частичной подналадки средств технологического оснащения. Групповая технологическая операция может быть разработана и применена как составная часть группового ТП (маршрута), либо как однооперационный групповой ТП (отдельная групповая операция). Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия в соответствии со стандартами.

Принципиальное отличие между типовыми и групповыми процессами заключается в следующем: типовая технология характеризуется общностью технологического маршрута, а групповая – общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполнения определенной операции или полного изготовления детали.

Технологическую документацию оформляют в соответствии с требованиями стандартов.

Содержание технологических операций записывают в форме маршрутного или операционного описания. Первое применяют в единичном и опытном производствах, второе – в массовом и серийном. Допускается использовать операционное (маршрутно-операционное) описание в единичном и массовом производствах. При записи содержания операции (перехода) допускается полная или сокращенная форма. Полную запись применяют при отсутствии графических изображений (например, карты эскизов) и для комплексного отражения всех действий, выполняемых исполнителем или исполнителями. Сокращенную запись применяют при наличии графических изображений, которые достаточно полно отражают необходимую информацию по обработке или сборке изделия.

Стандартами предусмотрены следующие виды технологических документов:

маршрутная карта (МК) – для описания единичных, типовых и групповых ТП и операций с указанием необходимых данных по наладке оборудования в карте эскизов;

карта эскизов (КЭ) – для графических изображений к документам и указания наладок, позиций, установов, таблиц и схем;

карта технологического процесса (КТП) – для операционного описания при разработке единичных, типовых (групповых) ТП;

карта типового ТП (КПП) – для операционного описания типовых ТП;

операционная карта (ОК) – для описания единичных, типовых, групповых операций;

ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) ТП или операции (ВТП/ВТО) – для указания переменной информации к типовому или групповому ТП (групповой или типовой операции) по каждой детали (сборочной единице), входящей в соответствующий ТП (операцию);

ведомость технологических документов (ВТД) – для указания состава деталей (сборочных единиц), обрабатываемых по типовому или групповому ТП, и документов, содержащих соответствующую информацию;

карта наладки инструмента (КН/П) – для указания полного состава вспомогательного и режущего инструмента в технологической последовательности его применения совместно с документом, содержащим описание операции (ОК, МК, КТП);

карта кодирования информации (ККИ) – для кодирования информации при разработке управляющих программ (применяется совместно с ОК, МК, КТП и КЭ).

При использовании станков с ЧПУ по усмотрению разработчика технологической документации также применяют карту заказа на разработку управляющей программы (КЗ/П) и ведомость обрабатываемых на станках с ЧПУ деталей (ВОД). На специальные и стандартные приспособления и инструменты, необходимые для оснащения ТП изготовления деталей и сбор­ки, составляют ведомость оснастки (ВО).

Кроме того, в состав технологической документации могут входить: комплектовочная карта (КК), ведомость операций (ВОП), ведомость сборки изделия (ВСИ), карта технологиче­ской информации (КТИ).

Формы и правила заполнения технологической документа­ции регламентированы стандартами ЕСТПП.

Глава 2

Точность в машиностроении

Понятие точности

Одним из главных параметров, обеспечивающих высокое качество и длительный срок службы машин, является точность их изготовления. Машины или механизмы, изготовленные из более точных деталей, обеспечивают более высокие эксплуатационные показатели, т. е. они могут быть более быстроходными, более долговечными и надежными в работе. Повышение точности изготовления отдельных деталей машины позволяет повысить не только рабочие скорости этих деталей, но и удельные нагрузки, воспринимаемые ими.

Под точностью изготовления (обработки) следует понимать степень соответ­ствия детали данным чертежа. Точность реальной детали можно оценить по ее геометрическим параметрам: точность формы, точность размеров, точность взаимного расположения поверхностей. Точность изготовления детали зависит от комплекса технологических процессов, применяемых в данном производстве. Повышение точности изготовления заготовок позволяет снизить припуски на обработку, что определяет структуру процесса механической обработки и снижает его стоимость. Повышение точности изготовления деталей при механической обработке снижает трудоемкость сборочных работ.

Каждая деталь машины представляет собой сочетание поверхностей. Это – цилиндрические, конические, плоские и фасонные поверхности. Точность механической обработки заготовок связана с действием замкнутой технологической системы, проявляющейся в точности размера, точности формы и точности расположения поверхностей.

Точность размера различных поверхностей деталей должна соответствовать допуску. Так, возникающие отклонения диаметров шеек валов, глубин отверстий и их диаметров и т.п. могут колебаться в соответствии со значениями допусков. Точность размера в значительной степени определяет качество продукции.

Достижение требуемой точности связано с затратами средств. Чем меньше допуск, тем больше необходимо затратить средств на оборудование, инструмент, заработную плату и т.д. При этом не наблюдается линейная зависимость затрат и достигаемой точности (рис 2.1). Себестоимость изготовления значительно возрастает при обработке, соответствующей 5-6 квалитетам точности.

Рис. 2.1 Зависимость затрат от точности обработки

В ходе изготовления детали действительный размер в каждый момент времени оказывается различным. Это связано с функционированием технологической системы, которая имеет погрешности собственного изготовления, работает в условиях постоянного изнашивания инструмента и, следовательно, постоянно изменяющихся силовых факторов, воспринимает действие тепловых факторов. На точность размеров влияют также погрешности настройки инструмента, установки обрабатываемой заготовки и ряд других факторов.

Точность формы и взаимного положения поверхностей обеспечить гораздо труднее, чем точность размеров. В частности, в производственных условиях возникают отклонения от круглости. Они непосредственно сказываются на качестве соединений, имеющих цилиндрические поверхности, например, подшипники качения. Подшипники вследствие отклонения формы колец могут быстрее утратить свои первоначальные характеристики. Возникающее отклонение от цилиндричности у вала пары « вал-корпус » при поступательном движении не позволяет перемещаться по прямолинейной траектории. Следовательно, такая пара из-за отклонения формы не обеспечивает необходимого качества соединения.