Введение к работе
Актуальность работы Опыт производственной эксплуатации многоцелевых станков (МЦС) показал, что их используют главным образом для обработки корпусных деталей, плит, кронштейнов и т п , обрабатываемых с различных сторон и имеющих большое количество отверстий Объем деталей, изготавливаемых в мелкосерийном и среднесерийном производствах, где особенно эффективно применение МЦС, по оценкам специалистов составляет до 75-80% объема всей номенклатуры обрабатываемых деталей
Одним из важнейших показателей эффективности использования МЦС является коэффициент их загрузки Эффективное использование этих станков достигается, как правило, при коэффициенте загрузки 0,8-0,85 Фактическое значение коэффициента загрузки в большинстве производств находится в пределах 0,4-0,5 Это объясняется небольшим количеством заготовок в партии и простоем оборудования из - id отсутствия заказов
Обработка заготовок па нехарактерном по типоразмеру оборудовании вызывает возрастание приведенных затрат, связанных, в частности, с увеличением затрат энергии, а в некоторых случаях и времени обработки Затраты, связанные с простоями оборудования но организационно -техническим причинам и в том числе по причине ожидания заготовок, составляют значительную часть совокупных затрат на производство
Разработанные до настоящего времени подходы и методики выбора номенклатуры деталей для обработки на МЦС исходят, в основном, из установившихся и неизменных в течение относительно длительного времени потоков заготовок Современное производство характеризуется частой сменой объектов, существенным отклонением их параметров от значений, определяющих рациональный характер загрузки технологического оборудования по объему рабочей зоны, установленной мощности, числу используемых инструментов итд Так, в большинстве развитых стран, 75% всех изделий изготавливаются партиями не более 50 шт Поэтому известные методики не нашли должного применения не только для обоснования выбора заготовок для обработки на МЦС но и для оперативной оценки эффективности использования таких станков они не позволяют наметить способы и мероприятия ее повышения Гаким образом, рациональное управление объемами и номенклатурой обрабатываемых заготовок на участке МЦС в пространственно-временной области на основе методики оперативной оценки эффективности их работы в условиях выполнения заказов "точно вовремя" является актуальной научно - технической задачей
Представленная работа выполнялась в рамках гранта РФФИ 2005-200бг №05-01-96714 «Теоретические исследования вынужденных колебаний механических систем и синтез способов оценки внутренних возмущений», хоздоговорных работ с ОАО «Тульский оружейный завод» № 061502 «Исследование и разработка высокоэффективных техно югических процессов, направленных на экономию энергетических и материальных ресурсов»
Цель работы - повышение эффективности работы участков МЦС путем рационального управления объемами и номенклатурой обрабатываемых заготовок в пространственно-временной области
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования
Разработать математическую модель участка МЦС в непрерывных переменных, устанавливающую функциональные связи параметров потока заготовок, поступающих на обработку, и технологического оборудования с затратами временных и энергетических ресурсов
Разработать математическое описание материальных потоков заготовок и деталей в виде спектральных плотностей их интенсивности
Разработать методику оперативной оценки эффективности участков МЦС, учитывающую взаимосвязь параметров потока заготовок, поступающих на обработку, и технологического оборудования с затратами временных и энергетических ресурсов
Разработать стратегию рациональной загрузки участков МЦС в условиях колебаний объемов производства и частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей, создающих неопределенность поступления заказов на обработку заготовок
Разработать автоматизированную систему управления эффективностью, обеспечивающую решение задачи оперативного планирования загрузки участка МЦС в условиях неопределенности поступающих заказов на обработку
Методы исследования Теоретические исследования проводились с использованием основных положений технологии машиностроения и теории резания, методов спектрального анализа и теории автоматического управления Эксперименты осуществлялись с использованием современных методов и средств математического и имитационного моделирования на основе стандартных математических пакетов и программ Практическая апробация результатов работы проводилась на конкретном технологическом оборудовании в реальных производственны\ условиях Достоверность результатов подтверждается их совпадением с известными положениями и практикой эксплуатации сложного технологического оборудования
Основные положения, выносимые на защиту
Математическая модель участка МЦС в непрерывных переменных, учитывающая функциональные связи параметров потока заготовок, поступающих на обработку, и технологического оборудования с затратами временных и энергетических ресурсов
Математическое описание материальных потоков заготовок и деталей в виде спектральных плотностей их интенсивности
Методика оперативной оценки эффективности участков МЦС, учитывающая взаимосвязь параметров потока заготовок, поступающих на обработку, и технологического оборудования с затратами временных и энергетических ресурсов
Стратегия рациональной загрузки участков МЦС в условиях изменения объемов производства и номенклатуры обрабатываемых деталей, создающих
неопределенность поступления заказов на обработку заготовок
5 Автоматизированная система управления эффективностью, обеспечивающая решение задачи оперативного планирования загрузки участка МЦС в условиях неопределенности поступающих заказов на обработку
Научная новизна. Установлены закономерные связи потока заготовок, определяемого количеством, размерами, сложностью, требуемым временем изготовления и технологического оборудования, характеризуемого типоразмером, установленной мощностью и занимаемой площадью, с затратами временных и энергетических ресурсов, являющиеся методической основой алгоритма управления эффективностью работы участков МЦС в условиях неопределенности поступления заказов на обработку
Практическая ценность работы. В диссертации разработана методика, позволяющая произвести оценку эффективности участков МЦС по критерию затрат временных и энергетических ресурсов в условиях неопределенности поступления заказов на обработку
Разработанная автоматизированная система управления эффективностью участков МЦС учитывает стратегию рациональной загрузки в условиях колебаний объемов производства и частой смены номенклатуры обрабатываемых деталей и обеспечивает решение задачи оперативного планирования их загрузки при неопределенности поступления заказов на обработку Использование предлагаемой системы позволит повысить загрузку оборудования и снизить непроизводительные затраты, связанные с простоями оборудования на 10 15%
Практическая реализация. Разработанные методики оперативной оценки и автоматизированная система управления эффективностью участков МЦС приняты к внедрению в ОАО «ТНИТИ» и внедрены в ООО «ИТО-Туламаш» Результаты работы внедрены в учебный процесс по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» в дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств»
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2004-2007 гг, на международных научно-технических конференциях "Технологическая системотехника" (г Тула, 2004-2006 гг), международной научно-технической конференции " Автоматизация проблемы, идеи, решения" (Тула, 2005-2007 гг)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, общий объем 2,3 пл
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по результатам работы, списка использованных источников из 106 наименований и приложения Она изложена на 135 страницах машинописного текста, имеет 40 рисунков 3 таблицы и приложения на 18 листах
